JP4236648B2 - 溶液の塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

Description

この発明はノズルヘッドを用いて溶液を基板に噴射塗布する塗布装置及び塗布方法に関する。

たとえば、液晶表示装置や半導体装置の製造工程においては、ガラス基板や半導体ウエハなどの基板に配向膜、レジスト、カラーフィルタ、有機エレクトロルミネッセンスなどの機能性薄膜を形成する成膜プロセスがある。この成膜プロセスでは、上記溶液を塗布するためにインクジェット方式によって溶液を噴射塗布するノズルヘッドを備えた塗布装置が用いられる。

上記塗布装置は、基板を搬送する搬送テーブルを有し、この搬送テーブルの上方には、搬送テーブルの移動方向と交差する方向に沿って複数のノズルヘッドが並設されている。各ノズルヘッドには複数のノズルが穿設されたノズルプレートが設けられ、各ノズルからはノズルヘッドに供給された溶液がピエゾ素子によって加圧されて噴射されるようになっている。

ノズルヘッドの修理交換をしたり、基板に塗布する溶液を種類の異なる溶液に交換する場合などには、ノズルヘッドや配管に残留する溶液を除去し、新たな溶液を供給しなければならない。

新たな溶液が供給された塗布装置を使用する前には、各ノズルヘッドから溶液が均一に噴射されるようにするため、溶液が流れる管路の気泡抜きを行なわなければならない。

具体的には、上記ノズルヘッドに溶液を供給する給液管、この給液管によって溶液が供給されるノズルヘッド内の空間部、さらにノズルヘッドに形成されたノズルの気泡抜きが行なわれる。

気泡抜きを行なう場合、上述した機能性薄膜は非常に高価であるから、ノズルヘッドや給液管に供給された溶液を排液管を用いて回収するようにしている。排液管は、上記ノズルヘッドに上記給液管と並列に接続されている。

ノズルヘッドや給液管の気泡抜きを行なうと、ノズルヘッドに形成された複数のノズルから溶液を基板に向けて均一に噴射することができるようになるから、基板に対する溶液の塗布精度を向上させることができる。

給液管に複数のノズルヘッドを接続すると、給液方向の上流側に位置するノズルヘッドの方が下流側に位置するノズルヘッドよりも溶液が流入し易くなる。そのため、複数のノズルヘッドに溶液を均等に供給することができないということがある。

そこで、給液管の管径を太くし、複数のノズルヘッドに溶液を均等に供給できるようにするということが行なわれている。しかしながら、給液管を太くすると、この給液管に残留する溶液の量も多くなる。

ところで、ノズルヘッドの修理交換をしたり、基板に塗布する溶液を異なる種類の溶液に交換する際などは、給液管に残留する溶液を廃棄することになる。

しかしながら、上述した理由によって給液管の管径を太くすると、給液管に残留する溶液の量が多くなるから、廃棄される溶液の量も多くなり、大幅なコストアップを招くということがある。

しかも、給液管を太くしても、複数のノズルヘッドが給液管に給液方向に沿って順次並列に接続されているため、給液方向上流側のノズルヘッドの方が下流側に位置するノズルヘッドよりも溶液が流れ易いということが避けられない。その結果、複数のノズルヘッドに溶液を均等に供給することができず、それによって基板の幅方向に対して溶液を均一に塗布できないこともある。

この発明は、給液管の管径を太くせずに、この給液管に接続された複数のノズルヘッドに、溶液をほぼ均等に供給することができるようにした溶液の塗布装置及び塗布方法を提供することにある。

請求項１の発明は、溶液を噴射させるノズルを備えた複数のノズルヘッドを用いて基板の板面に上記溶液を塗布する溶液の塗布装置において、
上記溶液を貯える給液部と、
この給液部から上記溶液が上流側と下流側の両方から流入される給液管とを有し、
上記複数のノズルヘッドは、上記給液管に並列に接続されること
を特徴とする溶液の塗布装置にある。

請求項２の発明は、溶液を噴射させるノズルを備えた複数のノズルヘッドを用いて基板の板面に上記溶液を塗布する溶液の塗布装置において、
上記溶液を貯える給液部と、
この給液部に一端が接続され上記ノズルヘッドに上記溶液を供給するための給液管と、
上記複数のノズルヘッドから溶液を排出するための排液管と、を有し、
上記複数のノズルヘッドそれぞれは、上記給液管と上記排液管とに、並列に接続されるとともに、
上記給液管と上記排液管の一端部側中途部とを接続する分岐管と、
この分岐管に設けられ、上記基板に溶液を塗布するときに上記給液管に供給された溶液を上記分岐管を介して上記排液管に分流させる分流バルブと、
上記給液管の他端と上記排液管の他端とを接続する連通管と、
この連通管に設けられ、上記基板に溶液を塗布するときに上記分岐管を介して上記排液管に分流させられた上記溶液を上記給液管の他端側より流入させる流入バルブと、
を具備したことを特徴とする溶液の塗布装置にある。

請求項３の発明は、さらに上記排液管には、閉鎖バルブが設けられ、上記分流バルブによって上記排液管に分流された溶液が排出されるのを阻止可能としたことを特徴とする溶液の塗布装置にある。

請求項４の発明は、給液部から溶液が供給される給液管に複数のノズルヘッドを並列に接続し、各ノズルヘッドから基板に溶液を噴射して塗布する溶液の塗布方法において、
各ノズルヘッドから溶液を噴射して基板に塗布するとき、上記給液管の一端と他端とから溶液を供給することを特徴とする溶液の塗布方法にある。

以上のようにこの発明によれば、基板に溶液を塗布するときには、気泡抜きに用いる排液管を利用することで、給液管の一端と他端との両方から溶液を供給できるようにした。

そのため、給液管や排液管を太くせずに、複数のノズルヘッドに溶液をほぼ均等に供給することが可能となるから、溶液の種類を変える場合などに、廃棄する溶液の量を少なくすることができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。

図１はこの発明の一実施の形態に係る溶液の塗布装置の概略的構成を示し、この塗布装置は基板Ｗの搬送装置１を備えている。この搬送装置１はベース２を有し、このベース２の上面の幅方向両端部には、一対のガイドレール３が平行に設けられている。

上記ガイドレール３には搬送テーブル４が移動可能に設けられている。この搬送テーブル４は図示しない駆動機構によって上記ガイドレール３に沿って往復駆動されるようになっている。上記搬送テーブル４の上面には複数の支持ピン５によって上記基板Ｗが支持されている。基板Ｗは、たとえば液晶表示パネル用の矩形状のガラス基板である。なお、基板Ｗは半導体ウエハであってもよい。

上記搬送テーブル４の上方には、複数、この実施の形態では３つのノズルヘッド７が上記基板Ｗの搬送方向と交差する方向に沿って所定間隔で並設されている。ノズルヘッド７は本体７ａ及びこの本体７ａの下端面に設けられたノズルプレート７ｂを有し、ノズルプレート７ｂには基板Ｗの搬送方向と交差する方向に沿って複数のノズル７ｃが所定間隔で穿設されている。

各ノズルヘッド７には給液装置１１によって上述したように基板Ｗに配向膜、レジスト、カラーフィルタ、有機エレクトロルミネッセンスなどの機能性薄膜を形成する溶液が供給されるようになっている。

上記給液装置１１は給液部としての給液タンク１２を有する。この給液タンク１２には上記溶液Ｌが貯えられている。給液タンク１２に貯えられた溶液Ｌの液面Ｆは、上記ノズルヘッド７のノズルプレート７ｂの下面と同等若しくはわずかに高くなるよう制御される。それによって、給液タンク１２の溶液は、後述するように溶液Ｌの液面とノズルプレート７ｂとの高さの差による圧力で各ノズルヘッド７に供給されるようになっている。

給液タンク１２の底部には給液管１３の一端が接続されている。この給液管１３からは複数のノズルヘッド７と対応する数の給液分岐管１４が所定間隔で分岐されている。各給液分岐管１４は給液バルブ１５を介して各ノズルヘッド７に接続されている。

上記給液タンク１２には窒素などの加圧気体の給気管１６が給気バルブ１７を介して接続されている。給気管１６から給液タンク１２に加圧気体を供給し、この給液タンク１２内の溶液Ｌを加圧すると、溶液は給液管１３から給液分岐管１４に設けられた給液バルブ１５を通ってノズルヘッド７内の空間部（図示せず）に供給可能となっている。

ノズルヘッド７の空間部に供給された溶液は、各ノズル７ｃに対向して設けられたピエゾ素子（図示せず）によって加圧され、インクジェット方式によって上記ノズル７ｃから噴射される。それによって、溶液はノズルヘッド７の下方を搬送される基板Ｗに塗布されることになる。

各ノズルヘッド７にはそれぞれ排液バルブ２１が設けられた排液分岐管２２の一端が接続されている。各排液分岐管２２は、上記給液管１３と並列に配置された排液管２３に接続されている。

上記給液管１３と、上記排液管２３との一端部側の中途部は分岐バルブ２４を有する分岐管２５によって接続されている。上記給液管１３の他端と、上記排液管２３の他端とは、流入バルブ２６を有する連通管２７によって接続されている。つまり、給液管１３と排液管２３との一端側中途部と他端とは、分岐バルブ２４と流入バルブ２６とによって接続され、閉鎖状をなしている。

上記排液管２３の一端、つまり上記分岐管２５が接続された箇所よりも末端は閉鎖バルブ２８を介して戻しタンク２９に接続されている。この戻しタンク２９の底部には戻し管３１の一端が接続されている。この戻し管３１の他端は戻しバルブ３２を介して上記供給タンク１２の底部に接続されている。

それによって、後述するごとく上記各ノズルヘッド７及び給液管１３に溶液Ｌを供給して気泡抜きを行なう際、各ノズルヘッド７に供給された溶液Ｌを上記戻しタンク２９に貯え、必要に応じて上記給液タンク１２へ戻すことができるようになっている。

なお、戻しタンク２９の戻った溶液Ｌは、給液タンク１２に、この給液タンク１２の液面Ｆに応じて供給される。それによって、給液タンク１２の液面Ｆが一定の高さに維持されるようになっている。

つぎに、上記構成の塗布装置を用いて基板Ｗに溶液を塗布する際の手順を図２乃至図４を参照して説明する。

基板Ｗに溶液を塗布する前に、給液管１３と排液管２３との配管系統、ノズルヘッド７内の空間部及びノズル７ｃの気泡抜きが行なわれる。まず、図２に黒く塗りつぶして示すように、給液バルブ１５、排液バルブ２１、分岐バルブ２４及び戻しバルブ３２を閉じ、給気バルブ１７と流入バルブ２６とは開放する。

給気バルブ１７を開放すると、給液タンク１２内に加圧気体が供給され、給液タンク１２内の溶液Ｌが加圧されるから、同図に矢印で示すように、溶液Ｌが給液管１３に供給される。

給液管１３に供給された溶液Ｌは、流入管２７及び流入バルブ２６を通って排液管２３に流れ、この排液管２３の一端部に設けられた閉鎖バルブ２８を通って戻しタンク２９に回収されることになる。このような溶液Ｌの流れによって、給液管１３と排液管２３との気泡抜きが行なわれることになる。

給液管１３と排液管２３との気泡抜きが終わったならば、図３に黒く塗りつぶして示すように分岐バルブ２４、流入バルブ２６及び戻しバルブ３２を閉じ、他のバルブは開いた状態で、給液タンク１２内の溶液Ｌを気体で加圧して給液管１３に供給する。

給液タンク１２から給液管１３に供給された溶液Ｌは、同図に矢印で示すように、この給液管１３と各ノズルヘッド７とを接続した給液分岐管１４に分流し、給液バルブ１５を通ってノズルヘッド７内の空間部に流入する。

ノズルヘッド７内の空間部に流入した溶液Ｌは、このノズルヘッド７内の気泡とともに排液分岐管２２の排液バルブ２１を通って排液管２３に流れ、この排液管２３に設けられた閉鎖バルブ２８を通って戻りタンク２９に戻ることになる。それによって、複数のノズルヘッド７内の空間部の気泡抜きを行なうことができる。

ノズルヘッド７内の空間部はノズル７ｃに連通している。しかしながら、溶液がノズル７ｃから流出する流路抵抗は、溶液がノズルヘッド７内を通って排液管２３に流れる抵抗に比べて十分に大きいから、溶液はノズル７ｃから流出することなく、排液管２３に排出される。

一方、ノズル７ｃの気泡抜きを行なう場合には、図３に示す状態において、各ノズルヘッド７に接続された排液分岐管２２に設けられた排液バルブ２１を閉じる。それによって、ノズルヘッド７内の空間部に供給された溶液は、排液管２３に流れずにノズル７ｃから噴出するから、ノズル７ｃの気泡抜きを行なうことができる。

このようにして塗布装置の各部の気泡抜きを行なったならば、溶液Ｌを基板Ｗに塗布する。その場合、図４に示すように給液バルブ１５、分岐バルブ２４及び流入バルブ２６を開き、黒く塗りつぶした他のバルブは閉じておく。

各バルブの開閉状態を上述したごとく設定したのち、給液タンク１２を図示しないバルブなどの開放手段によって大気に開放すると、給液タンク１２の溶液Ｌは、その液面とノズルヘッド７下面との高さの差による圧力差によって給液管１３に供給される。給液管１３に供給された溶液Ｌは、給液バルブ１５を通って給液管１３の上流側に接続されたノズルヘッド７から下流側に位置するノズルヘッド７に順次流入する。

また、給液管１３に供給された溶液Ｌの一部は、分岐バルブ２４を通って排液管２３に分流し、この排液管２３の他端と給液管１３の下流端とを接続した流入バルブ２６を通って給液管１３の他端に流入する。

そして、排液管２３から給液管１３の下流端（他端）に流入した溶液Ｌは、給液管１３の下流側に接続されたノズルヘッド７から上流側に接続されたノズルヘッド７に順次流入する。

各ノズルヘッド７内に流入した溶液Ｌは、これらノズルヘッド７の下方を搬送テーブル４によって搬送される基板Ｗが通過するときに、所定のタイミングでピエゾ素子が作動することで基板Ｗに向けて噴射され、この基板Ｗの板面に塗布される。

このように、排液管２３を利用することで、給液管１３に接続された複数のノズルヘッド７に対し、この給液管１３の上流側と、下流側との両方から溶液Ｌを供給することができる。

たとえば、ノズルヘッド７が３つ設けられている場合を考えると、給液管１３の最上流に接続されたノズルヘッド７には、給液管１３の上流からだけ溶液Ｌが供給される。給液管１３の最下流に接続されたノズルヘッド７には、排液管２３から給液管１３の下流に流入した溶液Ｌだけが供給される。中央に位置するノズルヘッド７には、給液管１３の上流から流入した溶液Ｌと、下流から流入した溶液Ｌとが供給される。その結果、３つのノズルヘッド７には給液管１３の太さに影響を受けることなく、溶液Ｌがほぼ均等に供給されることになる。

すなわち、給液管１３に接続された複数のノズルヘッド７には、給液管１３に対する接続箇所が上流側或いは下流側のいずれであっても、溶液Ｌをほぼ均等に供給することが可能となる。

このように、給液管１３や排液管２３を大径化せずに、各ノズルヘッド７に溶液Ｌをほぼ均等に供給することができるから、これら給液管１３や排液管２３に残留する溶液Ｌの量を少なくすることができる。

そのため、ノズルヘッド７を修理点検したり、基板Ｗに塗布する溶液Ｌの種類を変える際、上記給液管１３や排液管２３に残留する溶液Ｌの量を少なくすることができるから、廃棄される溶液の量も少なくなり、経済的である。つまり、機能性薄膜を形成する種々の溶液Ｌは非常に高価であるが、その高価な溶液Ｌの廃棄量を少なくし、効率よく使用することができる。

上記一実施の形態では、給液管２３に３つのノズルヘッド７が接続されている場合について説明したが、ノズルヘッド７の数は３つに限られず、複数であればよく、その数は基板Ｗの幅寸法によっても異なる。最近では基板Ｗが大型化する傾向にあるため、数十個のノズルヘッドが並設されることもあり、このようにノズルヘッド７の数が多くなった場合にもこの発明は有効である。

この発明の一実施の形態に係る溶液の塗布装置の概略的構成図。 給液管と排液管との空気抜きを行なうときの説明図。 ノズルヘッドの空気抜きを行なうときの説明図。 基板に溶液を塗布するときの説明図。

符号の説明

７…ノズルヘッド
１２…給液タンク（給液部）
１３…給液管
２３…排液管
２４…分岐バルブ
２６…流入バルブ

Claims (4)

1. 溶液を噴射させるノズルを備えた複数のノズルヘッドを用いて基板の板面に上記溶液を塗布する溶液の塗布装置において、
   上記溶液を貯える給液部と、
   この給液部から上記溶液が上流側と下流側の両方から流入される給液管とを有し、
   上記複数のノズルヘッドは、上記給液管に並列に接続されることを特徴とする溶液の塗布装置。
2. 溶液を噴射させるノズルを備えた複数のノズルヘッドを用いて基板の板面に上記溶液を塗布する溶液の塗布装置において、
   上記溶液を貯える給液部と、
   この給液部に一端が接続され上記ノズルヘッドに上記溶液を供給するための給液管と、
   上記複数のノズルヘッドから溶液を排出するための排液管と、を有し、
   上記複数のノズルヘッドそれぞれは、上記給液管と上記排液管とに、並列に接続されるとともに、
   上記給液管と上記排液管の一端部側中途部とを接続する分岐管と、
   この分岐管に設けられ、上記基板に溶液を塗布するときに上記給液管に供給された溶液を上記分岐管を介して上記排液管に分流させる分流バルブと、
   上記給液管の他端と上記排液管の他端とを接続する連通管と、
   この連通管に設けられ、上記基板に溶液を塗布するときに上記分岐管を介して上記排液管に分流させられた上記溶液を上記給液管の他端側より流入させる流入バルブと、
   を具備したことを特徴とする溶液の塗布装置。
3. 上記排液管には、閉鎖バルブが設けられ、上記分流バルブによって上記排液管に分流された溶液が排出されるのを阻止可能としたことを特徴とする請求項２記載の溶液の塗布装置。
4. 給液部から溶液が供給される給液管に複数のノズルヘッドを並列に接続し、各ノズルヘッドから基板に溶液を噴射して塗布する溶液の塗布方法において、
   各ノズルヘッドから溶液を噴射して基板に塗布するとき、上記給液管の一端と他端とから溶液を供給することを特徴とする溶液の塗布方法。

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