JP2006015308A - 塗布ノズル昇降装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルを昇降させるボールナットに複数のサーボモータから回転力を供給することにより、ノズルの昇降動作の起動及び停止の応答性を向上させ、ノズルの昇降位置の制御におけるオーバシュートを軽減する。
【解決手段】ボールネジ６の上方に、上から順に、位置制御型モータ１、カップリング３、プーリ８、減速機４及びカップリング５を同軸上に配置し、位置制御型モータ１の側方にトルク制御型モータ２を配置した。位置制御型モータ１の回転軸１Ａ及びトルク制御型モータ２の回転軸２Ａを単一のボールネジ６に連結し、位置制御型モータ１の回転を、カップリング３、減速機４及びカップリング５を介してボールネジ６に伝達する。トルク制御型モータ２の回転を、プーリ８，９及びベルト１０、減速機４、並びにカップリング５を介してボールネジ６に伝達する。
【選択図】図１

Description

この発明は、フォトレジスト若しくはカラーフィルタ用塗布液、現像液又は純水等の薄膜をフラットパネルディスプレイ用角形基板等の表面に形成するコーティング装置において、薄膜材料の液剤を吐出するノズルを基板表面に対して昇降させる塗布ノズル昇降装置に関する。

フラットパネルディスプレイ用角形基板等の表面にフォトレジスト若しくはカラーフィルタ用塗布液、現像液又は純水等の液剤を塗布して基板表面に薄膜を形成する際、液剤を塗布するノズルと基板表面との間隔が基板表面に形成される薄膜の膜厚に影響を与える。したがって、基板表面に適正な膜厚の薄膜を形成するためには、液剤を吐出しているノズルを基板表面に対して接離させてノズルと基板表面との間隔を高精度に制御しなければならない。

このため、従来より、基板の製造に用いられるコーティング装置では、基板の一辺よりも長いノズルの長手方向の両端部にサーボモータによって回転するボールネジを螺合させ、基板の上方でノズルをその長手方向に直交する方向に移動させつつ、基板とノズルとの間の距離の測定結果に基づいてサーボモータを駆動するようにしている。サーボモータの駆動によってボールネジが回転し、両端部においてボールネジに螺合したノズルが昇降する。

ボールネジの回転によってノズルを昇降させる際に、重力によってノズルの質量がノズルの下降方向に作用する。このため、ノズルの下降時にはサーボモータの負荷が軽減される一方、ノズルの上昇時にはサーボモータの負荷が増加し、ノズルの下降時と上昇時とでサーボモータに作用する負荷が著しく相違することになり、サーボモータの駆動制御におけるパラメータの設定が困難になるとともに、ノズルの下降時と上昇時とで応答性に差異が生じる。

そこで、従来のコーティング装置としては、ノズルに上向きの推力を作用させるエアバランサーを備え、ノズルの下降時及び上昇時にサーボモータに作用する負荷を一定にするようにしたものがある。このエアバランサーは、ボールネジによる昇降機構を用いた工作機械に一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０８−１２６９０７号公報

しかしながら、エアバランサーを備えたコーティング装置では、エアバランサーのシリンダ内に充填された圧縮空気の膨張によってノズルに上昇方向の推力を付与しているため、温度等の外部環境の影響を受け易く、充分な応答性が得られない。このため、ノズルの位置制御にオーバシュートを生じ易く、基板上面に対するノズルの位置を正確に制御することが困難で、基板上に適正な膜厚の薄膜を形成することができない問題がある。

この発明の目的は、ノズルを昇降させるボールナットに複数のサーボモータから回転力を供給することにより、ノズルの昇降動作の起動及び停止の応答性に優れ、ノズルの昇降位置の制御におけるオーバシュートを軽減することができ、基板に適正な膜厚の薄膜を形成することができる塗布ノズル昇降装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明の塗布ノズル昇降装置は、以下の構成を備えたものである。

（１）基板上面に液剤を吐出するノズルに、回転運動を前記基板上面に対して接離する方向の直線運動に変換して伝達する変換伝達機構と、該変換伝達機構に回転力を供給する複数のサーボモータと、を備え、複数のサーボモータのうちの少なくとも１つを前記基板上面に対する前記ノズルの上下方向の位置を制御する位置制御型モータとし、他を前記位置制御型モータに作用する負荷を調整するトルク制御型モータとしたことを特徴とする。

この構成においては、ともにサーボモータである位置制御型モータ及びトルク制御型モータの回転が変換伝達機構によって直線運動に変換されてノズルに伝達され、基板上面に液剤を吐出するノズルが基板上面に対して接近又は離間する方向に移動する。位置制御型モータはノズルの基板上面に対する上下方向の位置を制御し、トルク制御型モータは位置制御型モータに作用する負荷を調整する。

したがって、ノズルの基板上面に対する上下方向の位置が適正になるように、ノズルを基板上面に対して接近又は離間させるべく回転する位置制御型モータに作用する負荷が、トルク制御型モータの回転によって遅れを伴うことなく正確に調整される。

（２）前記変換伝達機構はノズルの一部に螺合するボールネジによって構成され、単一の前記ボールネジに前記位置制御型モータの回転軸及び前記トルク制御型モータの回転軸を連結したことを特徴とする。

この構成においては、ノズルの一部に螺合した単一のボールネジに位置制御型モータの回転軸及びトルク制御型モータの回転軸が連結される。したがって、ノズルの基板上面に対する上下方向の位置が適正になるように、ノズルを基板上面に対して接近又は離間させるべく回転する位置制御型モータに作用する負荷が、単一のボールネジを介してトルク制御型モータの回転によって直接調整される。

（３）前記位置制御型モータの回転軸及び前記トルク制御型モータの回転軸を前記単一のボールネジに軸方向に直結したことを特徴とする。

この構成においては、ノズルの一部に螺合した単一のボールネジに位置制御型モータの回転軸及びトルク制御型モータの回転軸が軸方向に直結される。したがって、ノズルの基板上面に対する上下方向の位置が適正になるように、位置制御型モータの回転又はトルク制御型モータの回転をボールネジに伝達するための伝達機構が不要になる。

この発明の塗布ノズル昇降装置によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）ノズルの基板上面に対する上下方向の位置が適正になるように、ノズルを基板上面に対して接近又は離間させるべく回転する位置制御型モータに作用する負荷を、トルク制御型モータの回転によって遅れを伴うことなく正確に調整することができる。これによって、ノズルの昇降動作の起動及び停止の応答性を向上させ、ノズルの昇降位置の制御におけるオーバシュートを軽減することができ、基板に適正な膜厚の薄膜を形成することができる。

（２）ノズルの基板上面に対する上下方向の位置が適正になるように、ノズルを基板上面に対して接近又は離間させるべく回転する位置制御型モータに作用する負荷を、単一のボールネジを介してトルク制御型モータの回転によって直接調整することができる。これによって、ノズルの昇降動作の起動及び停止の応答性をさらに向上させることができる。

（３）位置制御型モータの回転又はトルク制御型モータの回転をボールネジに伝達するための伝達機構が不要になり、極めて簡単な構成でノズルの昇降動作の起動及び停止の応答性を向上させることができる。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施形態に係る塗布ノズル昇降装置の構成を示す正面図及び側面図である。この実施形態に係る塗布ノズル昇降装置Ｄは、石定盤Ｂ及びノズルＣとともにコーティング装置Ｅの一部を構成する。コーティング装置Ｅは、石定盤Ｂ上に載置された基板Ａの上面にノズルＣからフォトレジスト若しくはカラーフィルタ用塗布液、現像液又は純水等を塗布し、基板Ａの上面にの薄膜を形成する。このため、コーティング装置Ｅは、基板Ａの１辺よりも長いノズルＣを塗布ノズル昇降装置Ｄとともに、水平面内において長手方向に直交する方向である矢印Ｘ，Ｘ′方向に移動させる。

基板Ａの上面に形成すべき薄膜の膜厚は、部分的に異なる場合がある。また、石定盤Ｂの上面に高さ方向の誤差がある場合や基板Ａの厚さに誤差がある場合を否定できない。基板Ａの上面に形成される薄膜の膜厚は、基板Ａの上面とノズルＣの吐出口との間隔の影響を受ける。したがって、基板Ａの上面に適正な膜厚の薄膜を形成するためには、基板Ａの上面に対するノズルＣの上下方向の位置を制御する必要がある。

このため、ノズルＣは、塗布ノズル昇降装置Ｄによって矢印Ｙ，Ｙ′方向である上下方向に昇降自在にされている。塗布ノズル昇降装置Ｄは、ノズルＣの長手方向の両端部に設けられているが、図１では一方のみを示している。塗布ノズル昇降装置Ｄは、この発明の変換伝達機構であるボールネジ６をその長手方向を垂直にして回転自在に備えている。ボールネジ６は、ノズルＣの両端部に支持部材１１を介して固定された固定ナット１２に螺合している。ボールネジ６は、固定ナット１２との螺合により、回転運動を上下方向の直線運動に変換してノズルＣに伝達する。

支持部材１１には、垂直方向に立設された２本のガイドレール７が貫通している。支持部材１１は、ガイドレール７に案内されて上下方向にのみ移動する。

ボールネジ６の上方には、上から順に、位置制御型モータ１、カップリング３、プーリ８、減速機４及びカップリング５が同軸上に配置されている。位置制御型モータ１の側方には、トルク制御型モータ２が配置されている。トルク制御型モータ２の回転軸には、プーリ９が固定されている。

カップリング３は、位置制御型モータ１の回転軸１Ａと減速機４の入力軸４Ａとを連結し、両者の回転差を吸収する。プーリ８は、減速機４の入力軸４Ａに固定されている。プーリ８とプーリ９との間にはタイミングベルト１０が張架されている。プーリ８、プーリ９及びタイミングベルト１０が、この発明の伝達機構に相当する。カップリング５は、減速機４の出力軸４Ｂとボールネジ６の上端とを連結し、両者の回転差を吸収する。

したがって、位置制御型モータ１の回転軸１Ａ及びトルク制御型モータ２の回転軸２Ａが、単一のボールネジ６に連結されており、位置制御型モータ１の回転は、カップリング３、減速機４及びカップリング５を介してボールネジ６に伝達される。また、トルク制御型モータ２の回転は、プーリ８，９及びベルト１０、減速機４、並びにカップリング５を介してボールネジ６に伝達される。

図２は、上記塗布ノズル昇降装置の制御部の構成を示すブロック図である。塗布ノズル昇降装置Ｄの制御部２０は、コントローラ２１、位置制御型サーボドライバ２２及びトルク制御型サーボドライバ２３を備えている。位置制御型サーボドライバ２２はコントローラ２１に直接接続されており、トルク制御型サーボドライバ２３は切換スイッチ２４を介してコントローラ２１に接続されている。

位置制御型サーボドライバ２２には、コントローラ２１から指令位置データが入力されるとともに、位置制御型モータ１に備えられたパルスエンコーダ２５からエンコーダパルスが入力される。位置制御型サーボドライバ２２は、パルスエンコーダ２５から出力されるエンコーダパルスのパルス数が指令位置データと現在位置データとの差分に一致するように、位置制御型モータ１を駆動する。

トルク制御型サーボドライバ２３には、コントローラ２１のアナログ出力部から切換スイッチ２４を介して上昇時電圧又は下降時電圧が入力される。コントローラ２１は、ノズルＣを上昇させるか下降させるかに応じて、切換信号を切換スイッチ２４に出力し、ノズルＣの動作に応じた電圧をトルク制御型サーボドライバ２３に供給する。トルク制御型サーボドライバ２３は、上昇時電圧又は下降時電圧に一致するように制御した駆動電圧をトルク制御型モータ２に印加する。

コントローラ２１から出力される上昇時電圧及び下降時電圧は、それぞれノズルＣの上昇時及び下降時にボールナット６を介して位置制御型モータ１に作用する負荷に基づいて定められている。下降時電圧は、トルク制御型モータ２の回転によってノズルＣの下降時に位置制御型モータ１に作用する負荷を僅かに軽減する電圧である。上昇時電圧は、トルク制御型モータ２の回転によってノズルＣの上昇時に位置制御型モータ１に作用する負荷を充分に軽減する電圧である。これによって、望ましくは、ノズルＣの上昇時及び下降時に位置制御型モータ１に作用する負荷を一致させる。

なお、この例では、ノズルＣの質量が一定であることから、ノズルＣの上昇時及び下降時に位置制御型モータ１に作用する負荷はそれぞれ一定であると考えられるため、上昇時電圧及び下降時電圧をそれぞれ一義的に定めている。しかし、ノズルＣが塗布する液剤の種類によってその比重が著しく異なる場合等に、より厳密に位置制御型モータ１に作用する負荷を一定にするためには、位置制御型モータ１に作用する負荷を測定し、この測定結果に基づいてトルク制御型モータ２に対する印加電圧を制御することもできる。

以上の構成により、基板Ａの上面に対するノズルＣの上下方向の位置が適正になるように、ノズルＣを基板Ａの上面に対して接近又は離間させるべく回転する位置制御型モータ１に作用する負荷を、トルク制御型モータ２の回転によって遅れを伴うことなく正確に調整することができる。これによって、ノズルＣの昇降動作の起動及び停止の応答性を向上させ、ノズルＣの昇降位置の制御におけるオーバシュートを軽減することができ、基板Ａに適正な膜厚の薄膜を形成することができる
また、位置制御型モータ１に作用する負荷を、単一のボールネジ６を介してトルク制御型モータ２の回転によって直接調整することができる。これによって、ノズルＣの昇降動作の起動及び停止の応答性をさらに向上させることができる。

図３は、この発明の第２の実施形態に係る塗布ノズル昇降装置の構成を示す側面図である。この実施形態に係る塗布ノズル装置Ｄ′は、この発明の伝達機構として、図１に示した塗布ノズル昇降装置Ｄのプーリ８，９及びタイミングベルト１０に代えてギア３１，３２を備えており、その他の構成は塗布ノズル昇降装置Ｄと同じである。

塗布ノズル昇降装置Ｄ′は、減速機４の入力軸４Ａにギア３１を固定し、このギア３１に噛合するギア３２をトルク制御型モータ２の回転軸２Ａに固定している。したがって、トルク制御型モータ２の回転は、ギア３１、ギア３２、減速機４及びカップリング５を介してボールネジ６に伝達される。

図４は、この発明の第３の実施形態に係る塗布ノズル昇降装置の構成を示す側面図である。この実施形態に係る塗布ノズル装置Ｄ″は、図１に示した塗布ノズル昇降装置Ｄのプーリ８，９及びタイミングベルト１０を省き、位置制御型モータ１の上方にカップリング４１を介してトルク制御型モータ２を同軸上に配置しており、その他の構成は塗布ノズル昇降装置Ｄと同じである。

カップリング４１は、トルク制御型モータ２の回転軸２Ａと位置制御型モータ１の回転軸１Ａとを連結し、両者の回転差を吸収する。したがって、位置制御型モータ１の回転軸１Ａ及びトルク制御型モータ２の回転軸２Ａが、単一のボールネジ６に直結されており、トルク制御型モータ２の回転がカップリング４１を介して伝達された位置制御型モータ１の回転が、カップリング３、減速機４及びカップリング５を介してボールネジ６に伝達される。

第３の実施形態に係る塗布ノズル昇降装置Ｄ″の構成によれば、トルク制御型モータ２の回転をボールネジ６に伝達するための伝達機構が不要になり、極めて簡単な構成でノズルＣの昇降動作の起動及び停止の応答性を向上させることができる。

この発明の第１の実施形態に係る塗布ノズル昇降装置の構成を示す正面図及び側面図である。 上記塗布ノズル昇降装置の制御部の構成を示すブロック図である。 この発明の第２の実施形態に係る塗布ノズル昇降装置の構成を示す側面図である。 この発明の第３の実施形態に係る塗布ノズル昇降装置の構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 位置制御型モータ
２ トルク制御型モータ
３ カップリング
４ 減速機
５ カップリング
６ ボールナット
７ ガイドレール
８ プーリ
９ プーリ
１０ タイミングベルト
１１ 支持部材
１２ 固定ナット
Ａ 基板
Ｂ 石定盤
Ｃ ノズル
Ｄ 塗布ノズル昇降装置
Ｅ コーティング装置

Claims (3)

1. 基板上面に液剤を吐出するノズルに回転運動を前記基板上面に対して接離する方向の直線運動に変換して伝達する変換伝達機構と、該変換伝達機構に回転力を供給する複数のサーボモータと、を備え、複数のサーボモータのうちの少なくとも１つを前記基板上面に対する前記ノズルの上下方向の位置を制御する位置制御型モータとし、他を前記位置制御型モータに作用する負荷を調整するトルク制御型モータとしたことを特徴とする塗布ノズル昇降装置。
2. 前記変換伝達機構はノズルの一部に螺合するボールネジによって構成され、単一の前記ボールネジに前記位置制御型モータの回転軸及び前記トルク制御型モータの回転軸を連結したことを特徴とする請求項１に記載の塗布ノズル昇降装置。
3. 前記位置制御型モータの回転軸及び前記トルク制御型モータの回転軸を前記単一のボールネジに軸方向に直結したことを特徴とする請求項２に記載の塗布ノズル昇降装置。

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