WO2013172356A1 - 静電塗布装置及び液体の塗布方法 - Google Patents

静電塗布装置及び液体の塗布方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic coating apparatus and a liquid coating method using the same.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electrostatic coating apparatus and a liquid coating method using the electrostatic coating apparatus that can sufficiently reduce the particle size of droplets reaching the substrate. .
  • An electrostatic coating apparatus includes a cylindrical electrode that forms a first flow path having an inner surface formed of a conductive wall; A counter electrode arranged to block an extension of the axis of the first flow path; A power source for applying a voltage between the cylindrical electrode and the counter electrode; A liquid supply section for supplying a liquid to the first flow path,
  • L1 and D1 are 35 or more, and the inner diameter D1 of the first channel is 0.5 to 2.0 mm.
  • the length L1 of the first flow path is 20 to 100 mm.
  • the droplets discharged from the nozzle can be easily Rayleigh-split at a low voltage to form fine droplets.
  • a nozzle that communicates with the first channel and forms a second channel having an inner diameter smaller than the inner diameter of the first channel.
  • the inner diameter D2 of the second flow path is preferably 0.1 to 0.5 mm.
  • the nozzle is electrically insulating. Thereby, the discharge from a nozzle etc. can be suppressed.
  • the liquid supply unit supplies a resist solution to the flow path of the cylindrical electrode.
  • the liquid coating method according to the present invention uses the above-described electrostatic coating apparatus.
  • Another liquid coating method according to the present invention applies the voltage of 10 kV or less from the power source using the above-described electrostatic coating apparatus.
  • the particle size of the droplet reaching the substrate can be made sufficiently small. Therefore, a very thin liquid film of, for example, about 0.5 to 100 ⁇ m can be formed on the object.
  • FIG. 1 is a partially broken schematic view of an electrostatic coating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a partially broken schematic view of an electrostatic coating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the electrostatic coating apparatus 100 includes a nozzle unit 10, a counter electrode 20, a power supply 30, a liquid supply unit 40, and a nozzle unit moving unit 50.
  • the nozzle unit 10 includes a cylindrical electrode 1, a nozzle 2, and a cover 3.
  • the cylindrical electrode 1 is a cylinder provided with an outer flange 1a at the upper end, and the inner diameter D1 is constant.
  • the cylindrical electrode 1 is made of, for example, a conductive material such as stainless steel, and forms a first flow path F1 having an inner surface formed of a conductive wall.
  • L1 / D1 [ ⁇ ] is 35 or more, preferably 40 or more, more preferably 50 or more.
  • the upper limit of L1 / D1 [-] is not particularly limited, but is preferably 100 or less, more preferably 80 or less, and still more preferably 60 or less.
  • D1 is preferably 0.5 to 2.0 mm, and more preferably 0.5 to 1.0 mm.
  • the length L1 is preferably 20 to 100 mm, more preferably 40 mm or more, and more preferably 80 mm or less.
  • the nozzle 2 is provided at the tip of the cylindrical electrode 1.
  • the nozzle 2 is made of an electrically insulating material such as glass, ceramic, or resin, and forms a second flow path F2 that communicates with the first flow path F1.
  • the inner diameter D2 of the second flow path F2 is smaller than the inner diameter D1 of the first flow path F1.
  • D2 is preferably 0.1 to 0.5 mm, and more preferably 0.1 to 0.3 mm.
  • the length L2 of the second flow path F2 is not particularly limited, but is preferably smaller than the length of the first flow path F1. Specifically, L2 is preferably 5 to 20 mm, more preferably 5 to 10 mm.
  • the outer surface of the lower end of the nozzle 2 has a conical shape. Thereby, a droplet can be discharged toward a board
  • the angle formed by the axis and the conical surface is preferably 45 ° or less, and more preferably 35 ° or less.
  • a metal support 2s is fixed around the nozzle 2, and the support 2s is inserted into the cylindrical electrode 1 through the O-ring 2b in a state where a part of the nozzle 2 is inserted into the cylindrical electrode 1. It is in contact with the lower end surface.
  • the cover 3 has a shape covering the cylindrical electrode 1 and the nozzle 2 and has an opening communicating with the flow path F1 at the top.
  • the cover 3 is made of an electrically insulating material such as a resin (PTFE or the like).
  • An internal thread is cut on the inner surface of the upper opening of the cover 3 and a pipe joint 4 is connected thereto.
  • the pipe joint 4 includes a joint body 4a and a nut 4b that connects the tip of the line L10 to the joint body 4a.
  • the counter electrode 20 is disposed on the opposite side of the cylindrical electrode 3 with the nozzle 2 interposed therebetween.
  • the counter electrode 20 is arranged on the extension line of the axis of the first flow path F ⁇ b> 1 so as to block the extension line, and is separated from the cylindrical electrode 1 and the nozzle 2.
  • the counter electrode 20 is preferably grounded.
  • the counter electrode has a plate shape, and the substrate SB to be coated is placed on the counter electrode.
  • the power supply 30 applies a voltage between the cylindrical electrode 1 and the counter electrode 20.
  • the voltage is a direct current, and for example, it is preferable to supply the voltage in a pulse form.
  • the voltage is not particularly limited, but can be 5 to 20 kV in this embodiment.
  • the voltage is preferably applied to the counter electrode 20 so that the cylindrical electrode 1 side is positive.
  • the liquid supply unit 40 is a device that supplies liquid to the first flow path F1 via the line L10.
  • the liquid supply unit 40 includes a tank 41 that stores liquid, and a pump 42 that supplies the resist solution from the tank 41 to the cylindrical electrode 1 via the line L10.
  • a pump 42 that supplies the resist solution from the tank 41 to the cylindrical electrode 1 via the line L10.
  • the liquid supply unit 40 supplies the resist solution to the first flow path F1.
  • the resist solution is a mixture containing a resin such as a novolak resin, a photosensitizer such as naphthodiazide, and a solvent such as PGMEA (propylene-glycol-methyl-ether-acetate).
  • a preferable viscosity range of the resist solution is 5 to 1000 mPa ⁇ s.
  • Examples of the resist include NPR3510 manufactured by Nagase ChemteX Corporation.
  • the nozzle unit moving unit 50 moves the nozzle unit 10 relative to the counter electrode 20.
  • the nozzle unit 10 can move independently in two axes in a plane horizontal to the surface of the substrate SB. Thereby, the liquid can be applied to a desired portion on the substrate SB.
  • the nozzle unit moving part 50 can move the nozzle unit 10 with respect to the counter electrode 20 also in a direction perpendicular to the substrate SB. Thereby, it is easy to adjust the distance between the tip of the nozzle 2 and the substrate SB.
  • the substrate SB to be coated is placed on the counter electrode 20. Subsequently, a voltage is applied between the cylindrical electrode 1 and the counter electrode 20 by the power supply 30. Further, the pump 42 is driven to supply the liquid in the tank 41 to the ends of the first flow path F1 and the second flow path F2 via the line L10. The liquid is charged by being charged by the cylindrical electrode 1, and the liquid protruding from the nozzle 2 forms a Taylor cone, and a charged droplet is ejected from the tip of the cone toward the counter electrode having an opposite charge. The At this time, in this embodiment, since L1 / D1 of the cylindrical electrode 1 is 35 or more, the liquid can be efficiently charged and the droplets can be easily subjected to Rayleigh splitting.
  • Rayleigh splitting can be caused even at a voltage of 10 kV or less.
  • a liquid resist droplet having a diameter of 3 to 5 ⁇ m can be formed and supplied to a desired portion on the substrate SB.
  • a preferred distance between the nozzle 2 and the substrate SB is 10 to 100 mm.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
  • the nozzle 2 is provided in order to reduce the diameter of the droplet ejected first, but when D1 is as small as 0.1 mm or less, the nozzle 2 is not provided.
  • minute droplets can be formed.
  • the nozzle 2 is electrically insulative in order to suppress discharge from the nozzle and the like, but the nozzle 2 may be made of a conductive material.
  • the nozzle 2 is inserted in the cylindrical electrode 1, it is not limited to this, For example, it implements also in the aspect which the upper end surface of the nozzle 2 contacts the lower end surface of the cylindrical electrode 1. Is possible.
  • the inner diameter D1 of the first flow path F1 is constant.
  • a tapered tube having an inclination whose inner surface angle with respect to the axis is 15 ° or less in the cross section including the shaft may be used.
  • the inner diameter D1 in this case can be defined as an average diameter integrated along the axial direction. The same applies to the second flow path F1 of the nozzle 2.
  • the shape of the cylindrical electrode 1 is not particularly limited as long as the first flow path F1 can be formed.
  • the flange 1a may be omitted.
  • the cover 3 is not essential.
  • the line L10 may be directly connected to the cylindrical electrode 1.
  • the counter electrode 20 is also plate-shaped, but the shape of the counter electrode 20 can be changed to a desired form according to the shape of the application target.
  • the object to be applied is not particularly limited, and for example, the liquid can be applied to various objects such as a substrate having an uneven surface.
  • liquid supply part 40 apply
  • various liquids besides this.
  • a liquid include a polymerizable liquid monomer (for example, 1,9-nonanediol acrylate, 1,1,1) used as a mixed liquid of a non-photosensitive resin and a solvent, a coating liquid for a surface protective film, and the like.
  • -Liquid acrylic monomers such as trimethylolpropane triacrylate), metal particle and solvent pastes (silver, gold, copper, etc.), and adhesives.
  • the preferred viscosity range of the liquid is 5 to 1000 mPa ⁇ s.
  • the solvent is not limited, and various polar solvents and nonpolar solvents such as water and organic solvents can be used.
  • the configuration of the liquid supply unit 40 is not particularly limited.
  • a configuration in which a pump is connected to the line L1 a configuration in which the pump 42 is a compressed gas source, or a liquid supply amount is small, and the first flow path
  • the liquid can be supplied only by the negative pressure or the head difference in F1
  • only the line L1 may be used. In short, it is sufficient if the liquid can be supplied to the first flow path F1.
  • the voltage at which droplets of 3 to 5 ⁇ m were obtained on the substrate was measured by replacing L1 and D1.
  • Resist solution (propylene glycol monomethyl ether acetate (60-80wt%), novolak resin (15-30wt%), naphthoquinone diazide ester ( ⁇ 10wt%), surfactant ( ⁇ 1wt%))
  • Cylindrical electrode made of stainless steel, length L1 [mm] of the first flow path F1, inner diameter D1 of the first flow path F1

Landscapes

  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Description

静電塗布装置及び液体の塗布方法
 本発明は、静電塗布装置及びこれを用いた液体の塗布方法に関する。
 従来より、レジスト等の微少な液滴を帯電させ、反対符号に帯電した基板上に湿気を含んだ状態で付着させる技術が知られている。
特開2006-58628号公報 特開2004-136655号公報
 しかしながら、従来の技術では、基板に到達する液滴の微少化が十分ではなかった。
 本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、基板に到達する液滴の粒径を十分に小さくできる、静電塗布装置及びこれを用いた液体の塗布方法を提供することを目的とする。
 本発明に係る静電塗布装置は、内面が導電性の壁で形成された第一流路を形成する筒状電極と、
 前記第一流路の軸線の延長線を遮るように配置された対向電極と、
 前記筒状電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電源と、
 前記第一流路に対して液体を供給する液体供給部と、を備え、
 前記第一流路の軸方向長さをL1とし、前記第一流路の内径をD1としたときに、L1/D1が35以上であり、前記第一流路の内径D1は0.5~2.0mmであり、前記第一流路の長さL1は20~100mmである。
 本発明によれば、ノズルから排出された液滴が低い電圧で容易にレイリー分裂され、微細な液滴を形成することができる。
 また、前記第一流路と連通しかつ前記第一流路の内径よりも小さい内径を有する第二流路を形成するノズルをさらに備えることが好ましい。これにより、D1が大きくても、容易に小さい液滴を射出できる。
 また、前記第二流路の内径D2は0.1~0.5mmであることが好ましい。
 また、前記ノズルが電気絶縁性であることが好ましい。これにより、ノズルからの放電などを抑制できる。
 また、前記液体供給部は、前記筒状電極の流路にレジスト溶液を供給することが好ましい。
 本発明に係る液体の塗布方法は、上述の静電塗布装置を用いる。
 また、本発明に係る他の液体の塗布方法は、上述の静電塗布装置を用い、前記電源から10kV以下の電圧を印加する。
 本発明によれば、基板に到達する液滴の粒径を十分に小さくできる。したがって、極めて薄い、例えば、0.5~100μm程度の液膜を対象物上に形成できる。
図1は、本発明の実施形態にかかる静電塗布装置100の一部破断模式図である。
 本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
 図1は、本発明の実施形態にかかる静電塗布装置100の一部破断模式図である。本実施形態の静電塗布装置100は、ノズルユニット10、対向電極20、電源30、液体供給部40、及び、ノズルユニット移動部50を備える。
 ノズルユニット10は、筒状電極1、ノズル2、及び、カバー3を備える。
 筒状電極1は、上端に外フランジ1aが設けられた円筒であり、内径D1は一定である。筒状電極1は、例えば、ステンレス等の導電性材料から成り、内面が導電性の壁で形成された第一流路F1を形成する。
 第一流路F1の長さをL1とし、第一流路F1の内径をD1としたときに、L1/D1[-]は35以上であり、好ましくは40以上、より好ましくは50以上である。L1/D1[-]の上限は特にないが、100以下が好ましく、80以下がより好ましく、60以下がさらに好ましい。
 具体的には、D1は0.5~2.0mmとすることが好ましく、0.5~1.0mmとすることがより好ましい。長さL1は20~100mmとすることが好ましく、40mm以上とすることがより好ましく、80mm以下とすることがより好ましい。
 ノズル2は、筒状電極1の先端に設けられている。ノズル2は、ガラス、セラミクス、樹脂などの電気絶縁性材料から成り、第一流路F1と連通する第二流路F2を形成する。
 第二流路F2の内径D2は第一流路F1の内径D1よりも小さい。具体的には、D2は0.1~0.5mmとすることが好ましく、0.1~0.3mmとすることがより好ましい。
 第二流路F2の長さL2は特に限定されないが、第一流路F1の長さよりも小さいことが好ましい。具体的には、L2は5~20mmとすることが好ましく、5~10mmとすることがより好ましい。
 ノズル2の下端の外面は、円錐形状とされている。これにより、液滴を精度良く基板に向かって吐出させることができる。円錐の角度、すなわち、ノズル2の軸を含む断面において、軸と円錐面とがなす角は45°以下が好ましく、35°以下がより好ましい。
 本実施形態では、ノズル2の周りに金属製のサポート2sが固定され、ノズル2の一部が筒状電極1内に挿入された状態で、サポート2sがOリング2bを介して筒状電極1の下端面と接触している。
 カバー3は、筒状電極1及びノズル2を覆う形状を有し、上部に流路F1と連通する開口を有する。カバー3は、樹脂(PTFE等)等の電気絶縁性材料から成る。カバー3の上部の開口の内面には雌ねじが切ってあり、管継ぎ手4が接続されている。管継ぎ手4は、継ぎ手本体4aと、ラインL10の先端を継ぎ手本体4aに接続するナット4bを備える。
 対向電極20は、ノズル2を間に挟んで筒状電極3とは反対側に配置されている。対向電極20は、第一流路F1の軸線の延長線上に、延長線を遮るように配置されており、筒状電極1及びノズル2から離間されている。対向電極20は接地されていることが好ましい。
 本実施形態では、対向電極は板状であり、対向電極上に、塗布対象と成る基板SBが載置されている。
 電源30は、筒状電極1と対向電極20との間に電圧を印加する。通常、電圧は、直流であり、例えば、パルス状に供給することが好ましい。電圧は特に限定されないが、本実施形態では、5~20kVとすることができる。電圧は、対向電極20に対して、筒状電極1側がプラスと成るように印加することが好ましい。
 液体供給部40は、ラインL10を介して、第一流路F1に対して液体を供給する装置である。
 本実施形態では、液体供給部40は、液体を貯留する槽41と、槽41からラインL10を介して筒状電極1にレジスト溶液を供給するポンプ42とを備える。本実施形態では、ポンプ42が密閉状態にある槽41に空気を供給することにより、ラインL10を介して液体が第一流路F1に供給される。
 本実施形態では、液体供給部40は、レジスト溶液を第一流路F1に対して供給する。レジスト溶液とは、ノボラック樹脂などの樹脂、ナフトジアジドなどの感光剤、及び、PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate)などの溶媒を含む混合物である。レジスト溶液の好ましい粘度の範囲は、5~1000mPa・sである。レジストとしては、例えば、ナガセケムテックス株式会社製NPR3510が挙げられる。
 ノズルユニット移動部50は、ノズルユニット10を、対向電極20に対して、相対的に移動させる。具体的には、例えば、対象物が基板SBである場合には、ノズルユニット10は、基板SBの表面に対して水平な面内で二軸に独立に移動することができる。これにより、基板SB上の所望の部分に、液体を塗布させることができる。また、ノズルユニット移動部50は、基板SBに対して垂直な方向にも、対向電極20に対してノズルユニット10を移動させるようにできることが好ましい。これにより、ノズル2の先端と、基板SBとの距離を調節することも容易である。
 続いて、本実施形態の静電塗布装置100を用いる塗布方法について説明する。
 まず、対向電極20上に、塗布対象となる基板SBを載置する。続いて、電源30により、筒状電極1と対向電極20との間に電圧を印加する。また、ポンプ42を駆動して、槽41内の液体をラインL10を介して第一流路F1及び第二流路F2の先まで供給する。液体には、筒状電極1により電荷が与えられて帯電し、ノズル2から突出する液体はテイラーコーンを形成し、コーンの先端から帯電した液滴が反対電荷を有する対向電極に向かって射出される。このとき、本実施形態では、筒状電極1のL1/D1が35以上なので、液体に電荷を効率よく与えることができ、液滴を容易にレイリー分裂させることができる。例えば、レジスト溶液の場合、10kV以下の電圧でも、レイリー分裂を起こさせることができる。これにより、例えば、直径3~5μmの液体のレジスト液滴を形成させ、基板SB上の所望の部分に供給することができる。
 そして、ノズル2と基板SBとの距離を調節して、溶媒が乾燥しない状態の液滴群を多数基板SB上に供給することにより、これらの液滴を基板上で合一させて液膜を緻密化させたり、厚みを均一化させたりすることができる。これにより、液膜形成後に、液膜中の液滴を合一させるために液膜を溶媒上記雰囲気中に保持する必要は必ずしもない。ノズル2と基板SBとの間の好ましい距離は、10~100mmである。
 L1/D1が35以上であることにより、レイリー分裂が起こりやすくなる理由は明確ではないが、D1が小さいほど筒状電極1の内面(接液部)から液体までの距離が近くなるので筒状電極1により液体に電荷を与えやすくなり、また、L1が大きいほど液体との接触距離が長いので液体に電荷を与えやすいものと考えられる。
 本発明は上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。
 例えば、上記実施形態では、最初に射出される液滴の径を小さくすべく、ノズル2が設けられているが、D1が例えば、0.1mm以下程度に小さい場合には、ノズル2が無くても、微少な液滴を形成することができる。
 また、上記実施形態では、ノズルからの放電等を抑制すべく、ノズル2を電気絶縁性としているが、ノズル2が導電材料から成る物でも実施は可能である。
 また、上記実施形態では、ノズル2が、筒状電極1内に挿入されているが、これに限定されず、例えば、ノズル2の上端面が筒状電極1の下端面と接触する態様でも実施可能である。
 また、上記実施形態では、第一流路F1の内径D1は一定であるが、例えば、軸を含む断面において、軸線に対する内面の角度が15°以下の傾斜を有するテーパー管でも良い。この場合の内径D1は、軸方向に沿って積分した平均直径として定義することができる。ノズル2の第二流路F1も同様である。
 また、筒状電極1の形状も、第一流路F1を形成できればとくに限定されず、例えば、フランジ1aが無くても良い。
 また、カバー3が必須でないことは言うまでもない。例えば、筒状電極1に対して、直接ラインL10を接続してもよい。
 また、本実施形態では、液体の塗布対象が基板SBであるので、対向電極20も板状であるが、対向電極20の形状は、塗布対象の形状に合わせて所望の形態に変えることもできる。また、塗布の対象物も、特に限定されず、例えば、表面に凹凸のある基板等種々の物に液体を塗布できる。
 また、上記実施形態では液体供給部40は第一流路F1に対してレジスト溶液(感光性樹脂及び溶媒の混合物)を塗布していたが、これ以外にも種々の液体を供給することが可能である。このような液体としては、例えば、非感光性樹脂と溶媒との混合液、表面保護膜用コーティング液等として用いられる重合性液状モノマー(例えば、1、9-ノナンジオールアクリレート、1,1,1-トリメチロールプロパントリアクリレート等の液状アクリルモノマーなど)、金属粒子と溶媒とのペースト(銀、金、銅など)、接着剤、が挙げられる。液体の好ましい粘度の範囲は、5~1000mPa・sである。溶媒は限定されず、水、有機溶媒など、種々の極性溶媒や非極性溶媒が使用できる。
 また、液体供給部40の構成も特に限定されず、例えば、ラインL1にポンプが接続されている形態や、ポンプ42が圧縮ガス源である形態、あるいは、液体の供給量が少なく、第一流路F1内の負圧や水頭差だけでも液体の供給が可能な場合などには、単なるラインL1だけでもよく、要は、第一流路F1に液体を供給可能であればよい。
 図1のような静電塗布装置を用い、L1及びD1を代えて、基板上に3~5μmの液滴が得られる電圧を測定した。
 液体:レジスト溶液(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(60-80wt%)、ノボラック樹脂(15-30wt%)、ナフトキノンジアジドエステル(<10wt%)、界面活性剤(<1wt%))
 筒状電極:ステンレス製、第一流路F1の長さL1[mm]、第一流路F1の内径D1
 ノズル:ガラス製、第二流路F2の長さL2=10mm、第二流路F2の径D2=100μm
 基板(Si基板)、基板とノズル2との距離40mm
 結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 さらに、アクリルモノマー系のコーティング溶液(重合性液状モノマー(1、9-ノナンジオールアクリレート)を用いて実験を同様に行ったところ、上述のレジスト溶液と同様の結果を得た。
 1…筒状電極、2…ノズル、20…対向電極、30…電源、40…液体供給部、F1…第一流路、F2…第二流路、100…静電塗布装置。

Claims (7)

  1.  内面が導電性の壁で形成された第一流路を形成する筒状電極と、
     前記第一流路の軸線の延長線を遮るように配置された対向電極と、
     前記筒状電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電源と、
     前記第一流路に対して液体を供給する液体供給部と、を備え、
     前記第一流路の軸方向長さをL1とし、前記第一流路の内径をD1としたときに、
     L1/D1が35以上であり、
     前記第一流路の内径D1は0.5~2.0mmであり、
     前記第一流路の長さL1は20~100mmである、静電塗布装置。
  2.  前記第一流路と連通しかつ前記第一流路の内径よりも小さい内径を有する第二流路を形成するノズルをさらに備えた請求項1記載の装置。
  3.  前記第二流路の内径D2は0.1~0.5mmである請求項2記載の装置。
  4.  前記ノズルが電気絶縁性である請求項2又は3記載の装置。
  5.  前記液体供給部は、前記筒状電極の流路にレジスト溶液を供給する請求項1~4のいずれか一項に記載の装置。
  6.  請求項1~5のいずれか一項に記載の静電塗布装置を用いた、液体の塗布方法。
  7.  請求項1~5のいずれか一項に記載の静電塗布装置を用い、前記電源から10kV以下の電圧を印加する、液体の塗布方法。
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