(57)【要約】【課題】  塗布層の均一品質を改善する製造方法を提供する。【解決手段】塗布ヘッドと基板間の相対運動を利用し、塗布ヘッドが送出する塗料流体は基板上に塗布され、制御方式により基板と塗布ヘッド間の塗布ビードの圧力環境を調整し、塗布ビードの上流メニスカス長さ或いは安定度を制御し、製造工程は無欠陥の塗布領域内に収まる。こうして塗布ヘッド構造を構造し、基板と塗布ヘッド間迎角を調整し、塗布ビードの圧力傾斜度変化を制御し製造工程歩留を向上させる。また欠陥の頻度予測を通して、欠陥の頻度と位相差を備える波形により塗布ビード下流メニカスの振動を低減し、欠陥生産を減少させ製造工程歩留向上の目的を達成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布ヘッドと被塗布基板間の相対運動により、該塗布ヘッドから供給される塗料流体を該基板上に層状に塗布する、薄く且つ均一一様な塗布層形成方法において、
該基板と該塗布ヘッド間の塗料流体に形成される塗布ビードの圧力傾斜度を制御することにより、該塗布ビードの上流メニスカス長さを調整し、適正な塗布条件範囲に制御すること、を特徴とする塗布層の均一性を向上する製造方法。
【請求項２】
前記塗布工程において、さらに該塗布ヘッドの上流区域の真空度を調整することにより、該塗料流体の上流メニスカス長さを調整し、適正な塗布条件範囲に制御すること、を特徴とする請求項１記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項３】
前記真空度は、塗布工程中一定値に維持するか、又は変化させること、を特徴とする請求項２記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項４】
前記真空度の調整において、さらに塗布ヘッドの下流区域の真空度を制御すること、を特徴とする請求項２記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項５】
前記真空度の調整において、該塗布ヘッドの上流区域に設置する低圧装置により上流区域の気圧を低下させて該真空度を調整すること、を特徴とする請求項２記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項６】
前記塗布ヘッドは、上流リップ体及び下流側リップ体を備え、該上流リップ体と該下流側リップ体間にはさらに少なくとも１個の槽孔を備え、かつ該上流リップ体及び該下流側リップ体と該基板が相対する塗布ヘッド面は連続曲面を備えることにより、塗料流体の上記圧力傾斜度を制御調整し、該塗料流体の上流メニスカス長さを調整し、製造工程は塗布領域内に収まることを特徴とする請求項１記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項７】
前記連続曲面は、少なくとも１つの凹面を備えて圧力傾斜度を低下させ、及び少なくとも１つの凸面を備えて圧力傾斜度を増加させること、を特徴とする請求項６記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項８】
前記連続曲面は、凹面と凸面の組合せからなり、これにより塗料流体の圧力傾斜度を制御調節すること、を特徴とする請求項６記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項９】
前記塗布工程において、さらに塗布工程中に該塗布ヘッドと該基板間の迎角角度を変化する過程を含むこと、を特徴とする請求項１記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１０】
前記塗布工程において、
さらに、該基板を水平方向に保持し、
塗布工程中において、該塗布ヘッドを移動させて、その迎角角度を動態変化すること、を特徴とする請求項９記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１１】
前記迎角の角度は、4度から0度の間であること、を特徴とする請求項１０記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１２】
前記塗布工程において、
さらに、該塗布ヘッドは下方重力方向を保持し、
塗布工程中において、該基板を移動させて、該迎角角度を動態変化すること、を特徴とする請求項９記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１３】
前記迎角の角度は、4度から0度の間であること、を特徴とする請求項１２記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１４】
前記基板は、傾斜調整装置上に設置すること、を特徴とする請求項１２記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１５】
前記傾斜調整装置は、キャリア板を備え、該基板を受け支え、該キャリア板の片側はさらに下方重力方向に沿って上下往復運動を行う位置調整体上に連接し、これにより該迎角を調整すること、を特徴とする請求項１４記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１６】
前記傾斜調整装置は、平行機構を備えて該基板を受け支え、該平行機構の片側はさらに下方重力方向に沿って上下往復運動を行う位置調整体上に連接し、これにより該迎角を調整すること、を特徴とする請求項１４記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１７】
前記塗布工程において、
ムラ形成の頻度を検出し、
波形発生器により該ムラの頻度とそれに対する位相差を備える波形を発生して、該波形を付与することにより該基板と該塗布ヘッド間塗布ビードの下流メニカス境界振動を相殺して消去すること、を特徴とする請求項１記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１８】
前記位相差は、180度であること、を特徴とする請求項１７記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項１９】
前記位相差は、165度から195度の間であること、を特徴とする請求項１７記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【請求項２０】
前記波形発生器は、音波発生器であること、を特徴とする請求項１７記載の塗布層の均一品質を改善する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルの製造工程に用いられるフォトレジストなどの薄く均一一様な塗布層を形成する塗布方法に関する。特に、圧力環境(塗料流体の外部圧力或いはその内部圧力分布を含む)変化の制御により、塗布ビード上流のメニスカス長さを制御し、基板上に塗布する材料のムラ(barring)欠陥を消去し、製造工程歩留を向上させる塗布層の均一品質を改善する製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
市場応用と経済性の必要に対応するため、パネルメーカーが製造する液晶パネルのサイズはますます大きくなっている。近年では、パネルサイズは第1世代工場の300×400ｍｍガラス基板から第II世代の1870×2200ｍｍにまで拡大しており、しかもより大きくなる趨勢を見せている。パネルメーカーは、市場競爭に打ち勝ち利益を獲得するため、絶えず生産能力を向上させる必要があり、しかしその一方でコストも考慮しなければならない。このため、製造工程の作業速度と歩留の改善は必ず直面する課題である。
パネルの製造工程において、アレイ(array)製造工程に属するフォトマスク塗布は製造工程におけるキーテクノロジーである。そのため各大手メーカーは塗布速度の改善と歩留の向上に血道を上げている。
【０００３】
図１に示すビード式塗布機を利用して行う湿式塗布では、塗布工程における塗布品質への影響は、塗布ビード3の幾何的なサイズ、塗布間隙a(塗布ヘッドと基板の距離)、材料供給間隙b及び塗布ヘッドと基板間の相対速度uが主要因である。
公知の研究成果を総合して、良好な塗布層が得られる塗布領域(coating window)と欠陥の生じる領域を真空度（塗布雰囲気圧力）と塗布層の厚さの逆数との関係で表すと図２のようになる。
いわゆる好適塗布領域40は、塗布雰囲気圧力と塗布層(図１の32)厚さｈの逆数との関係を表す図２中で、塗布工程を安定して行なうことができる領域を表す。塗布領域40の範囲内であれば、製造工程において欠陥が発生することはない。そうでない場合には、各種の異なる不安定要因により塗布欠陥が発生しやすくなる。
さらに図１及び図２は、塗布工程においてしばしば生じる欠陥の種類を表す。周囲の真空度が高過ぎる領域（境界オーバーフロー区）41の範囲内であるとノズル上流側メニスカス(meniscus)境界30のオーバーフロー(溢れ、swelling)現象が発生し易く、しかも塗布層の厚さが厚い場合には、領域（空気巻き込み区）42に至って空気巻き込み欠陥が生じ易い。この他、領域（リブとリブレット区）43の領域では示すリブ(ribbing)とリブレット(rivulets)の欠陥現象も生じる。
領域（ムラ区）44に発生する欠陥は、ムラ(barring)現象である。図３に示すように、いわゆるムラ33欠陥とは、一般的には真空度不足において、該塗布層32が薄い時に発生する欠陥である。図４に示すように、ムラ33は周期性のある欠陥で、該塗布層32の厚さに周期性の変化を生じる。通常は塗布ヘッド移動の速度などの塗布パラメーターと関連がある。
2001年富士フィルム株式会社は、ムラ現象は外部振動の変化を受けた塗布ビード下流側に生じ、塗布層厚さが周期性の変化を生じることを検証した。該研究報告ではムラ頻度の推算公式を提示し、ムラ欠陥発生の頻度を推算している。
公開されている文献中では、米国特許US.Pat.No.4445458が開示する塗布ヘッドは、下流側リップが八角形の構造を備え、塗布層膜厚の均一性に有利である。また、米国特許US.Pat.No.5728430が開示する技術は塗布ヘッド上下流側リップの構造により、塗布流圧力傾斜度調節と塗布精度と品質改善の目的を達成する。これは適当な圧力分布により塗布層の境界線を安定させることができるため、該技術は塗布流が塗布方向に従い徐々に縮小することを利用し塗布品質の向上を図ることができるため、特にリブ(ribbing)等欠陥の出現を避けることができる。しかし、この方式は塗布ビードの流体力学的作用に影響を及ぼすため、縮小が急激である場合には塗布の逆方向圧力の過大を招き、塗布流場は上流へと圧迫し、上流オーバーフロー(upstream leakage)の問題を招いてしまう。
【特許文献１】特開２００６−７５６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
公知構造には以下の欠点があった。
すなわち、公知技術は塗布ビードの方向安定性を向上させて塗布品質を改善することはできるが、塗布時に生じるムラ欠陥の問題を効果的に改善することはできない。ムラ欠陥の問題を解決するために利用される一般の解決方式は、加圧塗布装置に振動を付加し、さらに基板と塗布ヘッド間の相対速度を低下させるものである。しかし速度を低下させれば、パネルの生産能力は低下し生産効率に影響を及ぼし、市場競爭力を低下させてしまう。
本発明は上記構造の問題点を解決した塗布層の均一品質を改善する製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は下記の塗布層の均一品質を改善する製造方法を提供する。
それは塗布層の均一品質を改善する製造方法を提供し、塗布ビードに対する圧力条件を調節して塗料流体上流メニスカス長さを制御し、塗布工程の条件を良好な塗布領域内に収め、ムラ欠陥問題解決の目的を達成し、
さらにそれは塗布層の均一品質を改善する製造方法を提供し、塗布ビードの圧力条件の調節してその上流メニスカス長さ或いは安定度を制御し、塗布工程の条件を良好な塗布領域内に収め、ムラ欠陥問題を解決し、塗布製造工程時間短縮を達成し、生産効率向上の目的を達成し、
すなわちそれは以下のステップからなる、
該塗布ヘッドと該基板間の相対運動により、該塗布ヘッドから送出される塗料流体を該基板上に塗布し、
その際、該基板と該塗布ヘッド間の塗料流体の圧力条件を制御し、該塗料流体の上流メニスカス長さを調整することによって、塗布工程の条件を良好な塗布領域内にあるように制御する。
最適の方式として、さらに、該塗布ヘッドの上流区域の真空度を適当な範囲に調整し、該塗料流体の上流メニスカス長さを調整することにより、塗布工程の条件を良好な塗布領域内あるように制御する。
該真空度は、一定値に維持して行なうか、塗布工程において変化させるかいずれを選択することもできる。或いは、これらの雰囲気制御法として、さらに該塗布ヘッドの上流区域に設置する低圧装置により上流区域の気圧を低下させて、塗布ヘッドの上下流区域の真空度を同時に制御することもできる。
さらに、最適の方式として、該塗布ヘッドは上流リップ体及び下流側リップ体を備え、該上流リップ体と該下流側リップ体間にはさらに少なくとも１個の槽孔を有し、該塗布ヘッドの該上流リップ体及び該下流側リップ体と該基板が相対する面を連続曲面として、塗布流体の圧力傾斜度を制御調節し、該塗料流体の上流メニスカス長さを調整することにより、塗布条件を好適な塗布領域内に収まるようにする。該連続曲面は、少なくとも１つの凹面を備えて圧力傾斜度を低下させ、或いは少なくとも１つの凸面を備えて圧力傾斜度を増加させ、或いは該連続曲面を凹面と凸面の組合せとすることにより塗料流体の圧力傾斜度を制御調節し、
さらに最適の方式として、塗布過程中において、該塗布ヘッドと該基板間の迎角角度を変化するステップを実行する。迎角調整の方式には２種あり、一種は該基板を水平方向に保持し、続いて塗布過程中において、該塗布ヘッドを移動させて、該迎角角度を動態変化し、もう一種は該塗布ヘッドは下方重力方向に保持し、続いて塗布過程中において、該基板を移動させて該迎角角度を動態変化する。該基板は、傾斜調整装置上に設置し、該傾斜調整装置は平行機構を備え該基板を受け支え、該平行機構はさらに重力方向に沿って上下往復運動を行う位置調整体上に接続し、これにより該迎角を4度から0度の間で調整する。この他、該傾斜調整装置の別種の実施方式ではキャリア板を備え、該基板を受け支え、該キャリア板の片側はさらに重力方向に沿って上下往復運動を行う位置調整体上に連接し、これにより該迎角を調整する。
さらに最適の方式として、塗布ムラ形成の頻度を検出し、続いて波形発生器により該ムラ形成頻度とそれに対する位相差を備える波形を発生して、該波形を付与することにより該基板と該塗布ヘッド間の塗布ビードの下流メニカス境界振動を相殺して消去する。
該位相差は180度が最適であり、
該位相差範囲は165度から195度が好適であり、
該波形発生器は音波発生器であることを特徴とする塗布層の均一品質を改善する製造方法である。
【発明の効果】
【０００６】
上記のように、本発明は圧力環境(塗料流体の外部圧力或いはその内部圧力分布を含む)変化の制御により、塗布ビード上流のメニスカス長さを制御し、基板上に塗布する材料のムラ(barring)欠陥を消去し、製造工程歩留を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図５に示すように、本発明の塗布層の均一品質を改善する製造方法60は以下のステップを含む。
先ずステップ601では、塗布ヘッド及び基板を用意し、該塗布ヘッドと該基板間の相対運動をにより該塗布ヘッドは少なくとも１個の層塗料流体を該基板の上に塗布する。
続いてステップ602では、該基板と該塗布ヘッド間の塗布ビードの圧力条件を制御・調製し、該塗布ビードの上流メニスカス長さ或いは安定度を制御することにより、塗布工程を無欠陥塗布領域内に収まるようにする。続いて調整方式について逐一説明する。
【０００８】
図６に示すように、本実施例では塗布機台と共に該塗布ビード3上流区域50に設置した低圧装置12により、塗布ビード上流区域50の真空度を向上させ、上流区域50と下流区域51に圧力差を生じさせて、上流メニスカス30の長さ或いは安定度を制御する。
さらに図７に示すように、この方式を利用すれば塗布条件を適正な塗布領域40内に収めることができ、塗布品質を改善し、ムラ欠陥の問題を解決することができる。該塗布ビード3をさらに安定させるため、最初の真空度は比較的高くすることができる。塗布工程の進行に従い設定値にまで徐々に低下させる。真空度変化の曲線と塗布速度は実際の状況に応じて決める必要がある。或いは、塗布過程において最初の真空度を維持することもできる。
図２中から分かるように、ムラ欠陥は塗布領域40の下部安定限界境界に位置しており、ムラ現象発生は低真空圧力の状況で発生する。現行のフォトマスク塗布の多くは常圧環境下で行われるため、塗布ビードの上流メニスカス長さはムラ形成の素因であることは確かに推論できる。よって塗布上流区に低圧区を設け、ムラ現象を改善し、塗布条件を塗布領域40の範囲に収める。こうして本最適実施例の方式を通して、該低圧装置12により上流区域50の真空度を調整することで、ムラ欠陥の問題を効果的に制御することができる。
【０００９】
続いて図８に示すように、本実施例中では動態移動塗布ヘッド1と該基板2の間の迎角θを利用して、塗布流の圧力分布を変化する。いわゆる動態移動塗布ヘッド1は塗布製造工程中において徐々に塗布ヘッドの迎角θを変更することができる。該塗布ヘッド1の動態移動に従い、該塗布ビード3の上流メニスカス30長さ或いは安定度を変化することができる。本最適実施例中では該迎角θは4度から0度まで徐々に変化させることができるが、これに限定するものではない。図９に示すように、迎角θ角度を調整する時には、角度が大きくなり過ぎて負圧を生じ、塗布流内部に回流91を生じないように注意する必要がある。いわゆる回流91とは塗布流が先ず上流へとオーバーフローし、続いて下流方向へと流動することである。この他、もし圧力傾斜度が低過ぎる場合、塗布流が不安定となる現象を誘発することにも注意する必要がある。よって適当な角度変化により適当な圧力分布として、上流メニスカス長さを制御する。
【００１０】
次に図１０に示すように、本実施例中でも基板2と該塗布ヘッド1の間の挟角を変更するが、前記実施例と異なる点は、本実施例では基板の移動を利用して塗布ヘッドの迎角を変化する点である。基板2を移動させる時、該塗布ヘッド1は下方重力方向に向く。図示では、該基板2を移動させる方式は傾斜角調整装置8を通して該基板2と該塗布ヘッド1の角度を変化する。該傾斜角調整装置8は該基板2を受け支える平行機構80を含み、該平行機構80はさらに頂板801及びキャリア板802を備える。該頂板801と該キャリア板802の間にはさらに間隙調整機構82を備え、該頂板801と該キャリア板802の間の間隔を調整する。該平行機構80の片側にはさらに位置調整体81を連接し、該位置調整体81は重力方向の上下往復運動が可能で、該基板2と該塗布ヘッド1の間の挟角を変化する。
【００１１】
さらに図１１に示すように、本実施例中では塗布ヘッド7の幾何外型構造を変更して、塗布ビード内の圧力分布を変える。これにより流動状態は安定し、回流は発生しなくなる。該塗布ヘッド7の外形構造を通して適当な圧力分布を形成し、上下流メニスカス塗布液面を制御して、適正な塗布条件の領域を拡大することができる。
該塗布ヘッド7は、上流リップ体70及び下流側リップ体71からなり、該上流リップ体70と該下流側リップ体71間には少なくとも１個の槽孔72を備え、該少なくとも１個の塗布流体は該槽孔72により該基板2上に塗布される。本実施例中では、該塗布ヘッド7の上、下流側リップ体70、71と該基板2の相対面は連続曲面構造701、711である。該曲面構造701、711は少なくとも１個の凸面及び少なくとも１個の凹面により構成する。本実施例中では凸面はその箇所の圧力を増加させ、その圧力傾斜度はdp/dｘ>0で、凹面はその箇所の圧力を低下させ、その圧力傾斜度はdp/dｘ<0である。
【００１２】
さらに該上、下流側リップ体70、71の表面構造に関して、以下にこれらの構造を形成する具体的方法を開示する。dp/dｘ>0の圧力傾斜度条件を達成する時には、次のようにして該上、下流側リップ体70、71の連続曲面構造701、711を定める。式(1)は以下の通りである。
y=aｘ5+bｘ4+cｘ3+dｘ2+eｘ+f……………………………(1)
同時に、反曲点を×方向の2/3L長さの点上に設定する。この他、その他必要な境界条件は以下の通りである。
y(0)=H ………………(2)
y(L)=3H………………(3)
dy(0)/dｘ=0 …………(4)
dy(L)/dｘ=0 …………(5)
d2y/dｘ2=0 ……………(6)
これらの内、Hは塗布高さで、Lは槽孔72中心から上、下流側リップ体70、71の連続曲面構造701、711端面までの距離である(図１１参照)。続いて上記(2)から(6)を境界条件とし、H=100μｍ、L=1000μｍを例として、式(1)の解を求めると以下のようになる。
a=-4.6×10-19
b=-9.24×10-15
c=3.39×10-10
d=0
e=0
f=100
もしdp/dｘ<0の条件を得ようとするなら、y(L)=H/3の境界条件を変化させるだけで良い。前記提供の実施例は、本発明の精神を達成するための最適実施方式で、前記原則に則っていれば、圧力環境を達成可能な上、下流側リップ体70、71の連続曲面構造701、711を得ることができる。
【００１３】
次に、図１２に示すように、ムラ現象は週期性塗布層厚さ変化により引き起こされるため、ムラ出現の頻度と塗布滞留時間には非常に強い関連がある。このため、本発明は塗布層の均一品質を改善する製造方法61を提供する。それは、以下のステップからなる。
先ずステップ611では、塗布ヘッド及び基板を用意し、該塗布ヘッドと該基板間の相対運動により、該塗布ヘッドは層塗料流体を該基板の上に塗布する。
続いてステップ612では、ムラの形成頻度を予測する。該予測の方法は予めムラ発生頻度の数値データベースを確立し、続いて実際の状況によりムラ発生の頻度を決定する。
さらにステップ613では、波形発生器によりムラ発生の形成頻度とそれに対する位相差を備える波形を発生する。
最後にステップ614では、該波形の振動を付与することにより該基板と該塗布ヘッド間塗布ビードの下流メニカス境界振動33を消去する。
【００１４】
次に図１３に示すように、本実施例中では、該波形発生器13は音波発生器で、該波形130は音波である。
図１４に示すように、該波形130と該塗布層32表面のムラ発生頻度34(すなわち、塗布ビード下流メニカス境界の振動数)は180度の位相差を有し、この位相差によってムラとなる振動を相殺して、打消すことにより塗布層厚さ均一化の目標を達成する。この他、該位相差は165度から195度の間とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】塗布製造工程の指示図である。
【図２】公知の研究成果を総合し開示する塗布領域(coating window)及び欠陥区域指示図である。
【図３】ムラ欠陥の指示図である。
【図４】ムラ欠陥の指示図である。
【図５】本発明塗布層の均一品質を改善する方法のプロセス指示図である。
【図６】本発明塗布層の均一品質を改善する方法の第一最適実施例の指示図である。
【図７】本発明塗布層の均一品質を改善する方法の第一最適実施例塗布領域指示図である。
【図８】本発明塗布層の均一品質を改善する方法の第二最適実施例の指示図である。
【図９】回流現象の指示図である。
【図１０】本発明塗布層の均一品質を改善する方法の第三最適実施例及び改善塗布層均一品質装置第一最適実施例の指示図である。
【図１１】本発明塗布層の均一品質を改善する方法の第四最適実施例及び改善塗布層均一品質装置第二最適実施例の指示図である。
【図１２】本発明塗布層の均一品質を改善する方法の第五最適実施例プロセス指示図である。
【図１３】本発明第五最適実施例の波形発生器配置の指示図である。
【図１４】本発明第五最適実施例の位相差指示図である。
【符号の説明】
【００１６】
1塗布ヘッド
10下流側リップ体
11上流リップ体
12低圧装置
13波形発生器
130波形
2基板
3塗布ビード
30上流メニスカス
31下流メニスカス
32塗布層
33ムラ
34ムラ発生頻度
40塗布領域
41境界オーバーフロー区
42空気巻き込み区
43リブとリブレット区
44ムラ区
60塗布層の均一品質を改善する方法
601~602  プロセス
61塗布層の均一品質を改善する方法
611~614  プロセス
50上流区域
51下流区域
7塗布ヘッド
70上流リップ体
71下流側リップ体
701、711連続曲面
72槽孔
8傾斜角調整装置
80平行機構
801頂板
802キャリア板
81位置棒全体
82間隙調整機構
91回流
θ  迎角
u  相対速度
a  塗布間隙
b  材料供給間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007181811.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007181811.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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