(57)【要約】【課題】機能性薄膜を形成するための溶液をインクジェット方式で塗布する際に、溶液の粘性を低くして、目詰まりを生じにくくし、かつ、溶液の濡れ性を十分高くし、かつ、ヘッド毎のムラをなるべく発生させないようにする。【解決手段】塗布装置１０１は、基板６に薄膜を形成するための溶液１０を吐出することによって基板６に塗布するためのインクジェット方式の塗布装置１０１であって、溶液１０を溜めるための供給タンク１８と、溶液１０を基板６に向けて吐出するためのヘッド７と、供給タンク１８からヘッド７へと溶液１０を導くための溶液供給配管８と、ヘッド７から吐出される際の溶液１０の温度を上げるために、ヘッド７を避けた位置に設けられたヒータ２１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に薄膜を形成するための溶液を吐出することによって前記基板に塗布するためのインクジェット方式の塗布装置であって、
前記溶液を溜めるための供給タンクと、
前記溶液を基板に向けて吐出するためのヘッドと、
前記供給タンクから前記ヘッドへと前記溶液を導くための溶液供給配管と、
前記ヘッドから吐出される際の前記溶液の温度を上げるために、前記ヘッドを避けた位置に設けられたヒータとを備える、塗布装置。
【請求項２】
前記ヒータは前記供給タンクに設けられる、請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記ヒータは前記溶液供給配管に沿うように設けられる、請求項１に記載の塗布装置。
【請求項４】
前記ヘッドにおいて前記溶液の温度を検出するためのセンサと、
前記センサの検出結果に基づいて前記ヒータを制御するための制御部とを備える、請求項１から３のいずれかに記載の塗布装置。
【請求項５】
前記ヒータは前記ヘッドに到達した時点での前記溶液の温度が２３℃以上４０℃以下になるように前記溶液を加熱するためのものである、請求項１から４のいずれかに記載の塗布装置。
【請求項６】
前記ヒータは前記ヘッドに到達した時点での前記溶液の温度が２８℃以上３５℃以下になるように前記溶液を加熱するためのものである、請求項５に記載の塗布装置。
【請求項７】
基板に薄膜を形成するための溶液を前記基板の表面に向けてヘッドから吐出することによって前記基板に前記溶液を塗布するための方法であって、
前記ヘッドを避けた位置において前記溶液を加熱する工程と、
前記ヘッドから前記溶液を吐出する工程とを含む、塗布方法。
【請求項８】
前記溶液を前記ヘッドに供給する前に供給タンクに保持する工程を含み、
前記加熱する工程は前記供給タンクにおいて行なわれる、請求項７に記載の塗布方法。
【請求項９】
前記溶液を溶液供給配管を通じて前記ヘッドに供給する工程を含み、
前記加熱する工程は前記溶液供給配管において行なわれる、請求項７に記載の塗布方法。
【請求項１０】
前記ヘッドに設けたセンサによって前記溶液の温度を検出する工程と、
前記センサの検出結果に基づいて前記ヒータを制御する工程とを含む、請求項７から９のいずれかに記載の塗布方法。
【請求項１１】
前記加熱する工程においては、前記ヘッドに到達した時点での前記溶液の温度が２３℃以上４０℃以下になるように前記溶液が加熱される、請求項７から１０のいずれかに記載の塗布方法。
【請求項１２】
前記加熱する工程においては、前記ヘッドに到達した時点での前記溶液の温度が２８℃以上３５℃以下になるように前記溶液が加熱される、請求項１１に記載の塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗布装置および塗布方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や半導体装置の製造方法においては、ガラス基板や半導体基板の表面に各種の薄膜を形成するための成膜工程が行なわれる。ここでいう「薄膜」とは、たとえば配向膜、レジスト膜などである。これらの薄膜は「機能性薄膜」と総称される場合もある。これらの薄膜の成膜工程として、溶液をインクジェット方式などにより基板表面に塗布する場合がある。インクジェット方式の塗布装置の場合、溶液を噴射することができるヘッドを基板表面に沿って走査することが一般的である。そのような技術の一例は、特開２００５−４０６７０号公報（特許文献１）に示されている。
【０００３】
さらに、塗布装置において、溶液の粘度を低下させて液切れ良く吐出できるようにするために、ヘッド本体の内部にヒータを設けた構成が、特開２００３−１０３２０７号公報（特許文献２）に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４０６７０号公報
【特許文献２】特開２００３−１０３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液晶表示装置の製造現場においては、ポリイミド（「ＰＩ」ともいう。）樹脂をガラス基板の表面に塗布する作業が行なわれる。この場合、「溶液」に相当するのは、ポリイミド樹脂を溶媒に溶かして得られた液体である。塗布装置によって溶液を基板表面に塗布する際に、吐出抜けやＰＩはじきと呼ばれる現象が生じる場合がある。「吐出抜け」とは、ヘッドに設けられた多数の吐出孔のうちの一部に目詰まりが生じてその部分だけ溶液が供給されないために、基板上の溶液が塗布された領域の中に溶液の無い部分が、ヘッドの走査方向と平行に筋状に現れてしまう現象である。「ＰＩはじき」とは、溶液の濡れ性が不十分であるために、基板表面の汚れや構造物に起因して溶液がはじかれてしまい、基板上の本来溶液が塗布されるべき領域の中に溶液がない領域が局所的に生じてしまう現象である。
【０００６】
吐出抜けの原因となる目詰まりは、溶液の粘性が高い場合に生じやすくなる。ＰＩはじきは溶液の濡れ性が不十分である場合に生じやすくなる。これらの現象の発生を防止するために、特許文献２に示されているようにヘッドの内部にヒータを設けて溶液の粘度を低下させることも考えられる。しかし、ヘッドの内部にヒータを設けた場合、溶液自体の温度が上がるだけでなく、ヘッドを構成する部材にもヒータから熱が伝わってしまい、ヘッドを構成する部材自体の温度が上がってしまう。
【０００７】
ヘッドに設けられた吐出孔に付着した溶液から溶媒が揮発すると残ったポリイミド樹脂などの成分が固化してしまい、吐出孔の目詰まりの原因となる。ヘッドを構成する部材の温度が上がった場合は、特に溶媒の揮発が促進され、溶液の残留成分の固化が起こりやすくなる。
【０００８】
また、大型のガラス基板を用いる場合などは複数のヘッドを並べて使用することが通常であるが、複数のヘッドの各々の内部にヒータを設けた場合、個々のヘッドにおける溶液の温度を一定にすることは難しい。ヘッド毎に温度が不揃いになると、塗布の対象となったガラス基板全体としては得られる薄膜にムラが生じてしまうおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は、溶液の粘性を低くして、目詰まりを生じにくくし、かつ、溶液の濡れ性を十分高くすることができ、かつ、ヘッド毎のムラをなるべく発生させない塗布装置および塗布方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に基づく塗布装置は、基板に薄膜を形成するための溶液を吐出することによって上記基板に塗布するためのインクジェット方式の塗布装置であって、上記溶液を溜めるための供給タンクと、上記溶液を基板に向けて吐出するためのヘッドと、上記供給タンクから上記ヘッドへと上記溶液を導くための溶液供給配管と、上記ヘッドから吐出される際の上記溶液の温度を上げるために、上記ヘッドを避けた位置に設けられたヒータとを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヘッドから吐出される際の溶液の温度を上げるためのヒータが設けられているので、溶液の粘性を低くして、目詰まりを生じにくくし、かつ、溶液の濡れ性を十分高くすることができる。さらに、このヒータはヘッドを避けた位置に設けられているので、ヘッドを構成する部材自体の温度が必要以上に上がることを防止することができ、その結果、ヘッド毎のムラをなるべく発生させないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における塗布装置の概念図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態２における塗布装置の概念図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態３における塗布装置の概念図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態４における塗布方法のフローチャートである。
【図５】本発明に基づく実施の形態４における塗布方法の好ましい第１の例のフローチャートである。
【図６】本発明に基づく実施の形態４における塗布方法の好ましい第２の例のフローチャートである。
【図７】本発明に基づく実施の形態５における塗布方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態１）
（構成）
図１を参照して、本発明に基づく実施の形態１における塗布装置１０１について説明する。塗布装置１０１は、基板６に薄膜を形成するための溶液１０を基板６に向けて吐出することによって基板６の表面６ａに塗布するためのインクジェット方式の塗布装置である。塗布装置１０１は、溶液１０を溜めるための供給タンク１８と、溶液１０を基板６に向けて噴射するためのヘッド７と、供給タンク１８からヘッド７へと溶液１０を導くための溶液供給配管８と、ヘッド７から吐出される際の溶液１０の温度を上げるために、ヘッド７を避けた位置に設けられたヒータ２１とを備える。
【００１４】
基板６に形成される薄膜は、たとえば配向膜、レジスト膜などの機能性薄膜であってよい。溶液１０は、薄膜の材料を溶媒に溶解したものである。塗布装置１０１の使用時には、供給タンク１８の内部空間の下部に溶液１０が溜められ、内部空間の上部にはたとえば窒素が充填される。塗布装置１０１は、供給タンク１８の他に加圧タンク１７を備えている。加圧タンク１７においても内部空間の下部に溶液１０が溜められ、内部空間の上部にはたとえば窒素が充填される。溶液１０が図示しない場所で冷凍保存されていた場合、使用前に塗布装置１０１外で溶液１０の解凍が行なわれる。解凍された溶液１０はまず加圧タンク１７に導入される。加圧タンク１７は溶液１０に圧力を加えることによって溶液１０を供給タンク１８に送り込む役割を果たす。供給タンク１８からヘッド７への溶液１０の送出は、水頭差を利用して行なわれる。溶液供給配管８を通ってヘッド７に到達した溶液１０の一部は、ヘッド７内に設けられた圧電素子などの動作により基板６の主表面６ａに向けて吐出される。ヘッド７において吐出されなかった溶液１０は、溶液回収配管９を通って加圧タンク１７に戻される。
【００１５】
図１に示した例では、塗布装置１０１は、対象物としての基板６を主表面６ａが水平となるように支持する支持部５を含む。塗布装置１０１は複数のヘッド７を備えているが、ヘッド７の個数は１以上であれば何個であってもよい。各ヘッド７は下端に溶液１０の吐出孔を備える。各ヘッド７に設けられた吐出孔は、点状の孔であってもよく。スリット状の孔であってもよい。
【００１６】
図１に示すように、支持部５はテーブル３と支持ピン４とを含む。テーブル３は、ベース１の上にレール２を介して載置されており、レール２を利用して平行移動することができる。この構成においては、複数のヘッド７自体は必ずしも自ら移動する必要はなく、静止していてもよい。複数のヘッド７は、支持部５がレール５を利用して移動することによって、図１における紙面垂直方向に関する相対的な走査が可能となっている。
【００１７】
図１に示すように、複数のヘッド７に対しては、溶液供給配管８から枝分かれした個別供給配管２８がそれぞれ接続されている。各ヘッド７には個別供給配管２８の他に個別回収配管２９が接続されている。個別回収配管２９は溶液回収配管９に接続されている。各ヘッド７に供給された溶液のうち余ったものは個別回収配管２９および溶液回収配管９を通じて回収されることとなっている。図１では配管の途中における弁を図示していないが、実際には弁が各所に適宜設けられていることが好ましい。
【００１８】
（作用・効果）
本実施の形態における塗布装置１０１では、ヘッド７から吐出される際の溶液１０の温度を上げるためのヒータ２１が設けられているので、ヒータ２１で溶液１０の温度を上げることによって、溶液の粘性を低くすることができる。その結果、目詰まりを生じにくくなる。また、溶液１０の温度が上がることにより、溶液の濡れ性を十分高くすることができる。さらに、このヒータ２１はヘッド７を避けた位置に設けられているので、ヘッドを構成する部材自体の温度が必要以上に上がることを防止することができる。したがって、ヘッド毎の温度のばらつきが生じることを回避することができる。その結果、塗布装置１０１は、ヘッド毎のムラをなるべく発生させないようにすることができる。
【００１９】
本実施の形態では、ヒータ２１は、ヘッド７を避けた位置すなわちヘッド７以外の位置に設けられていればよい。より具体的には図１に示すように、ヒータ２１は供給タンク１８に設けられることが好ましい。全てのヘッド７に向かう溶液１０が必ず事前に供給タンク１８に集められ貯留されることを考慮すれば、図１に示すようにヒータ２１が供給タンク１８に設けられていれば、供給タンク１８に溶液１０が集中的に貯留されている間に溶液１０に必要な加温を施せるので、効率良く温度を上げることができる。ヒータ２１を供給タンク１８に設けることとすれば、複数のヘッド７が用いられている場合であっても、各ヘッド７に分配される前の溶液１０に対して一括して加熱することができるので、ヘッド毎の温度のばらつきが生じることを回避することができる。
【００２０】
なお、ヒータ２１は公知技術によるものであってよい。この場合、ヒータ２１は、図１に例示するように、供給タンク１８の外周を取囲むように設けられていてもよい。
【００２１】
（実施の形態２）
（構成）
図２を参照して、本発明に基づく実施の形態２における塗布装置１０２について説明する。塗布装置１０２では、実施の形態１で説明した塗布装置１０１において供給タンク１８に設けられていたヒータ２１の代わりに、ヒータ２２が溶液供給配管８に沿うように設けられている。他の構成は、実施の形態１で説明した塗布装置１０１と同様である。
【００２２】
（作用・効果）
本実施の形態における塗布装置１０２では、実施の形態１で説明した作用効果を得ることができる。さらに、塗布装置１０２では、ヒータ２２が溶液供給配管８に沿うように設けられているので、溶液供給配管８を通過中の溶液１０を加熱することができる。これは言い換えれば、ヘッド７に近い位置で溶液１０を加熱することができるということであり、加熱後の溶液１０がヘッド７に向かって移動する間に放熱して温度が下がってしまう度合いを減らすことができる。したがって、溶液１０に与えた熱エネルギを無駄にする度合いを減らすことができ、効率良く、溶液１０の温度を所望の温度にまで上げることができる。
【００２３】
なお、ヒータ２２は公知技術によるものであってよい。この場合、ヒータ２２は、溶液供給配管８の外周を取囲むように設けられていてもよい。ヒータ２２が管状または線状のものである場合は、ヒータ２２が溶液供給配管８の一定区間においての溶液供給配管８の周りに巻き付くように設けられていてもよい。
【００２４】
なお、実施の形態１，２では、ヒータを設ける場所として代表的な２つの例を示したが、ヒータは、ヘッドを避けた位置でありさえすれば、供給タンクとも溶液供給配管とも異なる位置に設けられていてもよい。
【００２５】
（実施の形態３）
（構成）
図３を参照して、本発明に基づく実施の形態３における塗布装置１０３について説明する。塗布装置１０３は、ヘッド７において溶液１０の温度を検出するためのセンサ２５と、センサ２５の検出結果に基づいてヒータ２１を制御するための制御部２６とを備える。図３に示した例においては、制御部２６はセンサ２５の検出結果を受け取ることができるようにセンサ２５と接続されているが、センサ２５からの出力は有線方式に限らず無線方式で受け取ることとしてもよい。ヒータ２１においてどの程度の加熱を行なうかは、制御部２６からの出力によって決定される。ヒータ２１と制御部２６との接続は、有線方式であっても無線方式であってもよい。
【００２６】
他の部分の構成は、実施の形態１で説明した塗布装置１０１と同様である。図３では、塗布装置１０３は、実施の形態１で示した塗布装置１０１と同様に供給タンク１８にヒータ２１が設けられた構成として図示しているが、これはヒータの設置位置に関してはあくまで一例である。塗布装置１０３においても、実施の形態２で示した塗布装置１０２と同様に、供給タンク１８の代わりに溶液供給配管８にヒータ２２を設けることとしてもよい。あるいは、ヘッドを避けた位置でありさえすれば、供給タンク１８でも溶液供給配管８でもない位置にヒータが設けられていてもよい。
【００２７】
（作用・効果）
本実施の形態における塗布装置１０３では、センサ２５を備えることによってヘッド７における溶液１０の温度を検出することができ、センサ２５の検出結果に基づいて、制御部２６によってヒータ２１を制御することができるので、ヘッド７における溶液１０の現実の温度を所望の温度に効率良く近づけることができる。
【００２８】
なお、ヒータはヘッドに到達した時点での溶液の温度が２３℃以上４０℃以下になるように溶液を加熱するためのものであることが好ましい。ヘッドにおける溶液の温度が２３℃未満であれば、溶液の粘性が高くなり、吐出抜けやＰＩはじきといった不良が生じやすくなる。一方、ヘッドにおける溶液の温度が４０℃を超えた場合は、溶液中の溶媒が揮発し始め、溶液の濃度が本来あるべき濃度より高まってしまう。また、溶液の粘性は温度が上がれば上がるほど低くなるわけではなく、ある程度までは温度の上昇につれて溶液の粘性が低下するが、溶液中の溶媒の揮発が始まると、溶液の粘性は再び高くなり始める。したがって、上述のように、ヘッドにおける溶液の温度は２３℃以上４０℃以下となることが好ましい。ヒータがヘッドから遠く離れた場所に設置されている場合であっても、結果的にヘッドに到達した時点での溶液の温度が上述の範囲内となるように調整して加熱をするべきである。したがって、溶液がヘッドに到達するまでに放熱によって溶液の温度がある程度下がることが予めわかっている場合には、ヒータにおける加熱は最終的に目的とする温度より高めに設定しておくことが好ましい。ヒータが供給タンクに設けられている場合であっても、溶液供給配管に設けられている場合であっても、これはあてはまることである。
【００２９】
温度範囲をより特定すれば、ヒータはヘッドに到達した時点での溶液の温度が２８℃以上３５℃以下になるように溶液１０を加熱するためのものであることが好ましい。ヘッドにおける溶液の温度がこの範囲内であれば、溶液の粘度をより確実に低くすることができ、なおかつ、溶液中の溶媒の揮発をより確実に防止することができる。
【００３０】
（実施の形態４）
（方法）
図４を参照して、本発明に基づく実施の形態４における塗布方法について説明する。本実施の形態における塗布方法は、基板に薄膜を形成するための溶液を前記基板の表面に向けてヘッドから吐出することによって前記基板に前記溶液を塗布するための方法であって、前記ヘッドを避けた位置において前記溶液を加熱する工程Ｓ３と、前記ヘッドから前記溶液を吐出する工程Ｓ４とを含む。このような塗布方法は、実施の形態１〜３で説明したような塗布装置を用いて行なうことができる。工程Ｓ４は必ずしも工程Ｓ３が終了した後に行なわれるとは限らず、工程Ｓ３が行なわれている期間と工程Ｓ４が行なわれている期間とが重なっていてもよい。ただし、工程Ｓ３の開始は、工程Ｓ４の開始より前である。
【００３１】
（作用・効果）
本実施の形態における塗布方法によれば、工程Ｓ４のほかに、溶液を加熱する工程Ｓ３を含んでいるので、溶液の粘性を低くして、目詰まりを生じにくくし、かつ、溶液の濡れ性を十分高くすることができる。さらに、工程Ｓ３において、加熱を行なう場所をヘッドを避けた位置としているので、ヘッドを構成する部材自体の温度が必要以上に上がることを防止することができる。したがって、ヘッド毎のムラをなるべく発生させないようにすることができる。
【００３２】
なお、本実施の形態における塗布方法としては、図５に示すように、前記溶液を前記ヘッドに供給する前に供給タンクに保持する工程Ｓ２１を含み、前記加熱する工程３は前記供給タンクにおいて行なわれることが好ましい。図５では、ヘッドを避けた位置において溶液を加熱する工程Ｓ３は、供給タンクにおいて溶液を加熱する工程Ｓ３１として行なわれている。このような塗布方法とすれば、供給タンクに溶液が集中的に貯留されている間に溶液に必要な加温を施せるので、効率良く温度を上げることができる。工程Ｓ４で複数のヘッドが用いられている場合であっても、工程Ｓ３１では各ヘッドに分配される前の溶液に対して一括して加熱することができるので、ヘッド毎の温度のばらつきが生じることを回避することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態における塗布方法としては、図６に示すように、前記溶液を溶液供給配管を通じて前記ヘッドに供給する工程Ｓ２２を含み、前記加熱する工程Ｓ３は前記溶液供給配管において行なわれることが好ましい。図６では、ヘッドを避けた位置において溶液を加熱する工程Ｓ３は、溶液供給配管において溶液を加熱する工程Ｓ３２として行なわれている。このような塗布方法とすれば、ヘッドに近い位置で溶液を加熱することができるので、加熱後の溶液がヘッドに向かって移動する間に放熱して温度が下がってしまう度合いを減らすことができる。したがって、溶液に与えた熱エネルギを無駄にする度合いを減らすことができ、効率良く、溶液の温度を所望の温度にまで上げることができる。
【００３４】
（実施の形態５）
（方法）
図７を参照して、本発明に基づく実施の形態５における塗布方法について説明する。本実施の形態における塗布方法は、実施の形態４で述べた工程Ｓ３，Ｓ４に加えて、前記ヘッドに設けたセンサによって前記溶液の温度を検出する工程Ｓ５と、前記センサの検出結果に基づいて前記ヒータを制御する工程Ｓ１とを含む。このような塗布方法は、実施の形態３で説明したような塗布装置を用いて行なうことができる。工程Ｓ５は必ずしも工程Ｓ３が終了した後に行なわれるとは限らず、工程Ｓ３が行なわれている期間と工程Ｓ５が行なわれている期間とが重なっていてもよい。他の部分については、実施の形態４で説明した塗布方法と同様である。
【００３５】
（作用・効果）
本実施の形態における塗布方法では、工程Ｓ５において、ヘッドに設けたセンサによって溶液の温度を検出することができ、工程Ｓ１において、センサの検出結果に基づいてヒータを制御することができるので、ヘッドにおける溶液の現実の温度を所望の温度に効率良く近づけることができる。
【００３６】
なお、実施の形態４，５のいずれの塗布方法においても、前記加熱する工程Ｓ３においては、前記ヘッドに到達した時点での前記溶液の温度が２３℃以上４０℃以下になるように前記溶液が加熱されることが好ましい。予めこの範囲の温度になるように装置の構造を設計してもよい。実施の形態５の塗布方法のように工程Ｓ５によってセンサで溶液の温度を検出し、ヘッドに到達した時点での溶液がこの範囲の温度になるように工程Ｓ１によりヒータを制御してもよい。ヘッドに到達した時点での前記溶液の温度がこの範囲内となることが好ましい理由は、実施の形態３で述べたとおりである。
【００３７】
なお、前記加熱する工程Ｓ３においては、前記ヘッドに到達した時点での前記溶液の温度が２８℃以上３５℃以下になるように前記溶液が加熱されることがさらに好ましい。ヘッドに到達した時点での前記溶液の温度がこの範囲内となることが好ましい理由は、理由は、実施の形態３で述べたとおりである。
【００３８】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００３９】
１  ベース、２  レール、３  テーブル、４  支持ピン、５  支持部、６  基板、６ａ  主表面、７  ヘッド、８  溶液供給配管、９  溶液回収配管、１０  溶液、１７  加圧タンク、１８  供給タンク、２１，２２  ヒータ、２５  センサ、２６  制御部、２８  個別供給配管、２９  個別回収配管、１０１，１０２，１０３  塗布装置。
【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】
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