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KR20190038242A - 기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치 - Google Patents

기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치 Download PDF

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KR20190038242A
KR20190038242A KR1020180012656A KR20180012656A KR20190038242A KR 20190038242 A KR20190038242 A KR 20190038242A KR 1020180012656 A KR1020180012656 A KR 1020180012656A KR 20180012656 A KR20180012656 A KR 20180012656A KR 20190038242 A KR20190038242 A KR 20190038242A
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coating liquid
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coating
flow rate
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시아 쳉시옹
히사야 나가이
Original Assignee
쥬가이로 고교 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 노즐의 이동과 노즐로부터의 도공액의 토출을 동시에 개시하는 경우에, 도포 개시시에서부터 수초 동안의 기간에 있어서의 도막 두께를 가능한 한 일정하게 하는 것을 용이하게 가능하게 하고, 기판의 이용 면적이 적어지지 않도록 할 수 있는 기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치를 제공한다.
[해결 수단] 도공액(D)을 토출하여 노즐(3)의 이동과 노즐로부터의 도공액의 토출을 동시에 개시하여, 도공액을 기판(8)에 도포할 때, 노즐의 이동 속도 Vt를 서서히 증속시켜(Vt1, Vt2, Vt3), 기판의 단위 면적당 도공액량을 일정하게 하여, 도막 두께가 일정하게 되도록 했다.

Description

기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COATING SUBSTRATE}
본 발명은 노즐의 이동과 노즐로부터의 도공액(塗工液)의 토출(吐出)을 동시에 개시하는 경우에, 도포 개시시에서부터 수초 동안의 기간에 있어서의 도막(塗膜) 두께를 가능한 한 일정하게 하는 것을 용이하게 가능하게 하고, 기판의 이용 면적이 적어지지 않도록 할 수 있는 기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치에 관한 것이다.
유리제(製) 등의 기판에 도공액을 도포하는 테이블 코터(table coater) 등의 도포 장치에서는, 기판 전체에 균일한 도막 두께(막 두께 분포의 허용 오차는, 1미크론 이하의 단위임.)로 도공액을 도포할 수 있도록 하고 있지만, 노즐이 도공액의 토출을 개시하고 나서 도공액의 토출 유량이 일정하게 될 때까지는, 수 초의 타임 러그가 있고, 그 동안에 노즐이 이동한 범위의 도막 두께는 얇아져, 제품으로서 이용할 수 없게 되기 때문에, 기판으로부터 절취(切取)하여 폐기하고 있다. 이에, 기판의 이용 면적이 적어지지 않도록 하는 방책이 요구되고 있으며, 그 대책을 위한 도포 장치나 도포 방법으로서, 특허 문헌 1~4가 알려져 있다.
특허 문헌 1의 「기판용 도포 장치」는, 기판의 표면에 있어서의 도포액의 도포량을 즉시적으로 고정밀도로 조정할 수 있도록 하고, 도포 개시시 및 도포 종료시에 발생하는 막 두께 불균일 영역을 감소시킬 수 있도록 하는 것을 과제로 하며, 기판용 도포 장치는 슬릿 노즐, 제1 카메라, 제2 카메라, 제어부, 펌프, 조압(調壓) 챔버를 구비하고 있다. 제어부는 제1 카메라가 촬상한 비드(bead) 형상과 기준 형상과의 비교 결과에 따라서 펌프로부터 슬릿 노즐로의 도포액의 공급량을 제어한다. 또, 제어부는 제2 카메라가 촬상한 화상으로부터 측정한 거리와 기준 거리와의 비교 결과에 따라서 조압 챔버에 의한 슬릿 노즐의 상류측의 기압을 제어하도록 하고 있다.
특허 문헌 2의 「약액(藥液)의 도포 방법 및 장치」는, 슬릿으로부터 토출시키는 약제를, 상대 이동하는 기판의 표면에 도포하는 기본적인 구성에 있어서, 도포 개시시 및 도포 종료시를 포함하여, 전체에 막 두께의 변동을 억제하고, 균일하게 약액을 도포하는 것을 가능하게 하는 것을 과제로 하여, 상대 이동하는 기판에 대해서, 후행(後行)하는 제1 슬릿과, 선행(先行)하는 제2 슬릿을, 평행으로 늘어서게 배치한 노즐로부터, 기판에 대해서, 약액의 도포를 행할 때, 도포 개시시에, 먼저, 제1 슬릿으로부터의 약액의 토출을 행하고, 이어서, 제2 슬릿으로부터의 약액의 토출을 행하도록 제어함으로써, 약액의 도포 개시시의 두두룩해짐을 억제하여, 기판상의 면 내 막 두께를 균일화하도록 하고 있다.
특허 문헌 3의 「도포 장치 및 도포 방법」은 도액(塗液)을, 가압(加壓)에 의해 도액 공급계로 압출(押出)하여 공급하는 도액 공급원과, 도액 공급계에 접속되어, 도포 처리하는 노즐과, 도액 공급계에 마련되고, 또한 도액이 내부에 충만(充滿)되어, 도포 처리를 개시할 때만 도액을 토출하여 노즐에 공급하고, 또 한편, 노즐로의 도액의 공급을 정지했을 때 도액 공급원으로부터 노즐을 향해 전파되는 압력의 변화를 억제하는 시린지 펌프(syringe pump)와, 시린지 펌프에 도액을 공급할 때에만 닫혀지는 시린지 펌프 충전용 개폐 밸브와, 시린지 펌프에 의해 도포 처리를 개시할 때 닫히고, 시린지 펌프로 도액을 공급할 때, 및 노즐로 도액을 공급하기 위해서 시린지 펌프에 의한 도액의 공급 정지에 따라서, 열리는 개폐 밸브를 구비하고 있다.
특허 문헌 4의 「도공 장치」는 다이 헤드(die head)를 이용한 도공 장치에 있어서 도포 개시시에 생기는 막 두께 부족 영역을 작게 하는 것을 과제로 하여, 기재(基材)를 유지하고 이동하는 척(chuck) 받침과, 기재에 도포액을 도포하는 도공용 다이 헤드와, 다이 헤드에 도포액을 공급하도록 연결된 배관 및 펌프를 구비한 도공 장치에 있어서, 다이 헤드에 근접한 위치의 배관에, 펌프에 이르기까지의 배관 내를 원하는 압력으로 유지하는 배압(背壓) 밸브를 마련하고, 상시, 배관 내에 적당한 압력을 가해 두어, 펌프의 작동 개시시에 토출압(吐出壓)을 민첩하게 상승시켜, 단시간에 원하는 토출량을 확보할 수 있는 구성으로 하고 있다.
특허 문헌 1: 일본 재공표 특허공보 2010/106979호 특허 문헌 2: 일본 특허공개공보 평 11－179262호 특허 문헌 3: 일본 특허공개공보 2016－87601호 특허 문헌 4: 일본 특허공개공보 2004－50026호
특허 문헌 1은 비드 형상을 촬상하는 제1 카메라나 기압 제어를 위한 화상을 촬상하는 제2 카메라가 필요함과 아울러, 화상 처리 등이 복잡한 처리를 행하는 제어부가 필요하므로, 설비가 대규모이고 고비용이 되어 버린다고 하는 과제가 있었다.
특허 문헌 2는 제1 및 제2 슬릿을 노즐에 마련하고, 이들 슬릿으로부터 차례로에 약액을 토출하여 도포 개시시의 약액의 증가를 억제하도록 하고 있지만, 제1 슬릿으로부터의 토출 개시시, 액막 두께에 불균일이 생겨 버리는 것을 회피하지 못했다.
특허 문헌 3은 도포 처리를 개시할 때만, 시린지 펌프로 노즐로의 도액을 공급하고, 이것에 의해 도장 개시시의 토출량을 정밀하게 제어하도록 하고 있지만, 시린지 펌프로부터 도액 공급원으로 전환하는 개폐 밸브의 개폐 타이밍의 조정이 어려워, 도포 개시시에서부터 일정한 도막 두께를 확보하는 것이 어려웠다.
특허 문헌 4는 다이 헤드 근방에 배압 밸브를 마련하고 다이 헤드의 토출압의 상승을 신속화하도록 하고 있지만, 이와 같이 구성해도, 다이 헤드로부터 도포액이 압출되는 순간은 저항이 있어, 정상적으로 도포액이 토출되게 될 때까지 수초 동안을 필요로 하여, 도포 개시시에서부터 일정한 도막 두께를 확보하는 것이 어려웠다.
이상과 같은 과제에 대해서, 테이블 코터에, 도포 개시시의 노즐 이동 속도나 토출 유량 등의 제어 패턴의 경험치를 입력하고, 기판에 시험 도포를 행하고, 그것을 막 두께 측정하여, 측정 결과에 의해 최적인 제어 패턴을 추구해 가는 것을 생각할 수 있지만, 1회의 시험 도포로 최적인 제어 패턴을 얻는 것은 어렵고, 이 시험 도포와 막 두께 측정의 작업은 몇번이나 반복하여 행할 필요가 있다. 이 반복 작업에 의한, 도공액, 시험 도포용 기판, 작업시간의 로스의 누적은, 힘든 것이 된다.
그리고, 제조 공정에 있어서 도공하는 도공액의 성분이나 점도(粘度)가 변경이 될 때마다 시험 도포를 행하는 것은 물론이고, 신규 도공액의 경우에는, 기준도 없어 어림 상태로 시험 도포를 반복하여 행하지 않으면 안 된다. 이에 더하여, 같은 성분의 도공액이더라도 경시적(經時的)으로 변질되기 때문에, 한 번 취득한 최적 도포 패턴을 후일에는 적용할 수 없게 되어, 재차 새롭게, 상기 반복 작업을 행하지 않으면 안되어, 도포 작업에 대단한 수고와 시간이 들어 버린다.
이상으로부터, 도포 개시에서부터, 도공액의 토출이 안정되어 일정한 도막 두께로 도포할 수 있게 될 때까지의 기간에 있어서, 도막 두께를 일정하게 할 수 있고, 기판의 이용 면적이 적어지지 않도록 하는 방책의 고안이 요구되고 있었다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 감안하여 창안되어진 것으로서, 노즐의 이동과 노즐로부터의 도공액의 토출을 동시에 개시하는 경우에, 도포 개시시에서부터 수초 동안의 기간에 있어서의 도막 두께를 가능한 한 일정하게 하는 것을 용이하게 가능하고, 기판의 이용 면적이 적어지지 않도록 할 수 있는 기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 기판의 도포 방법은 도공액을 토출하는 노즐의 이동과 그 노즐로부터의 도공액의 토출을 동시에 개시하여, 도공액을 기판에 도포할 때, 상기 노즐의 이동 속도를 서서히 증속(增速)시켜, 그 기판의 단위 면적당 도공액량이 일정하게 되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 노즐로부터의 단위 시간당 도공액의 토출 유량과 상관하는 도공액의 공급 압력을 측정하는 압력 센서로 측정되는 토출 유량에 대응하는 측정 압력치를 이용하여, 도공액의 토출 개시에서부터, 상기 측정 압력치가 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치에 도달할 때까지의 기간에 있어서, 그 측정 압력치가 상승해 가는 것에 따라서, 그 노즐의 이동 속도를 증속시키는 것을 특징으로 한다.
상기 노즐로부터의 단위 시간당 도공액의 토출 유량과 상관하는 도공액의 공급 압력을 측정하는 압력 센서로 측정되는 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt를 이용하여, 상기 노즐을 설정 이동 속도 Vc로 이동시킴과 아울러 도공액을 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc로 토출하여, 도공액을 상기 기판에 도포하는 경우에, 도공액의 토출 개시에서부터, 상기 측정 압력치 Pt가 상기 소정 압력치 Pc에 도달할 때까지의 기간에 있어서, 그 측정 압력치 Pt에 대한 그 노즐의 이동 속도 Vt를 하기 식
Pt：Vt=Pc：Vc (단, 0≤Pt≤Pc) … (1)
로 산정(算定)하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판에 도공액을 도포하기 전의 준비시에, 상기 노즐로부터 도공액을 토출하여 상기 기간에 있어서의 상기 공급 압력을 상기 압력 센서로 측정하고, 그 다음에, 그 압력 센서로부터 출력되는 토출 유량에 대응하는 상기 측정 압력치 Pt로부터 상기 식 (1)을 이용하여 산정되는 이동 속도 Vt로 상기 노즐을 이동시켜 상기 기판에 도공액을 도포하는 것을 특징으로 한다.
상기 노즐을 이동하는 것을 대신하여, 상기 기판을 이동시키도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판의 도포 장치는, 상기 기판의 도포 방법에 이용되는 기판의 도포 장치로서, 이동하면서 도공액을 토출하여 상기 기판에 도포하는 상기 노즐과, 그 노즐로부터의 단위 시간당 도공액의 토출 유량과 상관하는 도공액의 상기 공급 압력을 측정하여 토출 유량에 대응하는 상기 측정 압력치를 출력하는 상기 압력 센서와, 그 압력 센서로부터 입력되는 상기 측정 압력치로부터 상기 식 (1)을 이용하여, 상기 노즐의 이동 속도를 산정하여 당해 노즐로 출력하는 연산 제어기를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치에 있어서는, 노즐의 이동과 노즐로부터의 도공액의 토출을 동시에 개시하는 경우에, 도포 개시시에서부터 수초 동안의 기간에 있어서의 도막 두께를 가능한 한 일정하게 하는 것을 용이하고 또한 간단한 구성으로 가능하게 하고, 기판의 이용 면적이 적어지지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치로서, 노즐에 작용하는 도공액의 공급 압력의 측정 상태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 측정에서 얻어진 도공액의 공급 압력과 노즐의 이동 속도의 관계를 설명하는 그래프도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 기판의 도포 방법 및 도포 장치로 기판에 도공액을 도포하고 있는 모습을 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1 및 도 3에 나타낸 기판의 도포 장치의 변형예로, 기판에 도공액을 도포하고 있는 모습을 나타내는 개략도이다.
이하에, 본 발명에 따른 기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치의 적합한 실시 형태를, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 기판의 도포 방법 및 기판의 도포 장치로서, 노즐에 작용하는 도공액의 공급 압력의 측정 상태를 나타내는 개략도, 도 2는 도 1의 측정에서 얻어진 도공액의 공급 압력과 노즐의 이동 속도의 관계를 설명하는 그래프도, 도 3은 도 1에 나타낸 기판의 도포 방법 및 도포 장치로 기판에 도공액을 도포하고 있는 모습을 나타내는 개략도이다.
본 실시 형태에 따른 기판의 도포 장치(1)는 도 1에 나타내는 것처럼, 받침대(2) 상방(上方)에 이동 가능하게 마련되며, 도공액(D)을 토출하여 노즐(3)과, 노즐(3)에 접속되어, 노즐(3)에 도공액(D)을 공급하기 위한 공급 배관(4)과, 공급 배관(4)에 접속되어, 공급 배관(4)에 유통되는 도공액(D)이 저장된 탱크(5)를 구비한다.
본 실시 형태에서는, 공급 배관(4)에는, 탱크(5)측에 제1 포트(P1)가 접속되고, 제3 포트(P3)가 노즐(3)측에 접속되는 삼방(三方) 밸브(6)가 마련된다. 삼방 밸브(6)의 제2 포트(P2)에는, 시린지 펌프(7)가 접속된다. 시린지 펌프(7)는 탱크(5)에 저장된 도공액(D)을 흡인하고, 흡인한 도공액(D)을 유량 제어하여 노즐(3)로 송출한다.
삼방 밸브(6)는 시린지 펌프(7)가 도공액(D)을 흡인할 때, 제3 포트(P3)가 닫힌 상태에서, 제1 포트(P1)와 제2 포트(P2)가 연통(連通)된다. 또, 삼방 밸브(6)는, 시린지 펌프(7)가 도공액(D)을 송출할 때, 제1 포트(P1)가 닫힌 상태에서, 제2 포트(P2)와 제3 포트(P3)가 연통된다. 이것에 의해, 시린지 펌프(7)의 작동에 의해서, 탱크(5)의 도공액(D)이 노즐(3)에 공급된다.
또한, 이 동작은 1개의 삼방 밸브(6)를 이용하는 이외에도, 같은 기능을 얻을 수 있도록 2개의 이방(二方) 밸브를 조합한 형태로도 실현할 수 있다.
시린지 펌프(7)는 모터(7a)에 의해 정밀한 스트로크로 구동되는 피스톤(7b)을 가지고, 도공액(D)을 흡인할 때, 그 실린더(7c) 내에 도공액(D)이 간극없이 충만되어, 도공액(D)을 송출할 때, 높은 공급량 제어 정밀도로 도공액(D)을 노즐(3)에 공급하게 되어 있다. 도공액(D)은 고점도의 것 등, 어떠한 종류라도 된다.
추가로, 도 3에 나타내는 것처럼, 기판(8)에 도공액(D)을 도포할 때에는, 받침대(2) 상면에 기판(8)이 설치되고, 당해 기판(8)에 대해, 노즐(3)이 상대 이동되어, 노즐(3)로부터 토출되는 도공액(D)이 기판(8)에 도포되도록 되어 있다.
노즐(3)의 이동과 당해 노즐(3)로부터의 도공액(D)의 토출을 동시에 개시하여, 노즐(3)로부터 토출되는 도공액(D)을 기판(8)에 도포할 때, 상술한 것처럼, 도포 개시시에서부터, 도공액(D)의 토출이 안정될 때까지의 기간(초기 단계)에서, 일정한 도막 두께를 얻는 것이 곤란하고, 그 후, 도공액(D)의 토출이 안정되는 것(정상 단계)과, 일정한 도막 두께로 도포하는 것이 가능해진다.
상세하게는, 정상 단계에서는, 노즐(3)에 일정한 공급 압력으로 도공액(D)이 공급되고, 이것에 의해 노즐(3)로부터 일정 유량으로 도공액(D)이 토출되므로, 노즐(3)을 일정한 이동 속도로 이동하면, 기판(8)의 단위 면적당 도공액량이 일정하게 되고, 그 결과, 일정한 도막 두께가 얻어진다.
이것에 대해, 초기 단계에서는, 노즐(3)에 도공액(D)을 공급하는 공급 압력이 변화하여(서서히 증가하여), 노즐(3)로부터 토출되는 도공액(D)이 일정 유량이 되지 않음에도 불구하고, 노즐(3)을 동시에 이동시키기 때문에, 일정한 도막 두께를 얻는 것이 어렵다.
본 실시 형태에 따른 기판의 도포 방법 및 도포 장치는, 초기 단계에 있어서, 가능한 한 일정한 도막 두께가 얻어지도록 하는 것이다.
상술한 것처럼 일정한 도막 두께로 기판(8)에 도공액(D)을 도포하는 경우, 기판(8)의 단위 면적당 도공액량을 일정하게 할 필요가 있다. 기판(8)으로의 도공액량은, 노즐(3)로부터의 도공액(D)의 토출 유량을 제어·관리하면 되지만, 유량계 등에서 노즐(3)로부터의 도공액(D)의 토출 유량을 정밀하게 제어·관리하는 것은 매우 어렵다.
본 발명자들은, 노즐(3)로부터의 도공액(D)의 토출 유량, 구체적으로는 노즐(3)로부터의 단위 시간당 도공액(D)의 토출 유량이, 실제 기기에서도, 노즐(3)에 작용하는 도공액(D)의 공급 압력과 충분한 상관이 있는 것을 찾아내고 또한 확인하여, 당해 공급 압력을 후술하는 압력 센서(9)에 의해서 측정함으로써, 노즐(3)로부터의 도공액(D)의 토출 유량을 제어·관리할 수 있는 것에 주목하여, 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.
도공액(D)을 기판(8)에 도포함에 있어서는, 일정한 도막 두께가 얻어지는 정상 단계에 대해서, 노즐(3)로부터의 도공액(D)의 토출 유량(설정 토출 유량)이 설정됨(설정 토출 유량에 대응하는 공급 압력의 소정 압력치 Pc(상한치)가 정해짐)과 동시에, 노즐(3)의 이동 속도로 설정 이동 속도 Vc(상한치)가 설정되는 경우(하기, 제1 실시예)와, 공급 압력에만 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc(상한치)를 고려하고, 노즐(3)은, 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc까지 도달했을 때의 이동 속도를 일정한 이동 속도로 하여 이동되는 경우(하기, 제2 실시예)와, 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc를 고려하지 않고, 공급 압력이 일정하게 되었을 때 그 일정 공급 압력으로, 그리고 또, 노즐(3)은 일정 공급 압력에 도달했을 때의 이동 속도를 일정한 이동 속도로 하여 이동되는 경우(하기, 제3 실시예)가 있다.
≪제1 실시예≫
제1 실시예는 도공액(D)의 토출 유량과 노즐(3)의 이동 속도 각각에, 설정 토출 유량과 설정 이동 속도 Vc가 설정되는 경우이다. 설정 토출 유량은, 이것에 대응하는 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc로서, 이 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc는 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt로서 압력 센서(9)로 측정된다.
본 실시 형태에 따른 기판의 도포 방법 및 도포 장치에는, 도공액(D)의 공급 압력을 측정하는 압력 센서(9)(도 1 참조)와, 압력 센서(9)로 측정되는 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt가 입력되어 노즐(3)의 이동 속도 Vt를 산정하고, 산정한 이동 속도 Vt를 노즐(3)에 출력하여 그 속도 제어를 하는 노트 PC 등의 연산 제어기(10)(도 3 참조)가 구비된다.
압력 센서(9)는 도 1에 나타내는 것처럼, 도공액(D)을 토출하여 노즐(3)에 작용하는 도공액(D)의 공급 압력을 측정하고, 측정된 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt를 연산 제어기(10)로 출력한다. 즉, 압력 센서(9)는 공급 압력으로서, 노즐(3)이 도공액(D)을 토출하기 위해서 노즐(3) 내부의 챔버(3a)에 발생하는 압력 혹은 공급 배관(4) 내부에 발생하는 압력을 측정한다.
따라서, 압력 센서(9)는 노즐(3)에 마련된다. 혹은, 압력 센서(9)는 노즐(3)과 삼방 밸브(6)의 제3 포트(P3)와의 사이에 위치시켜, 공급 배관(4)에 마련된다.
압력 센서(9)로 공급 압력을 측정하여 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt를 취득하는 작업은, 기판(8)에 도공액(D)을 도포하기 전의 도공 준비시에 행해진다. 도공 준비시, 노즐(3)의 바로 아래 받침대(2)상에 받이접시 등의 도공액 회수 용기(11)를 두거나, 혹은 노즐(3)을 받침대(2)로부터 떨어진 위치까지 이동하여 기판이 없는 상태에서, 시린지 펌프(7)에 의해 도공액(D)을 노즐(3)을 향해서 송출하고, 공급 압력이 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc가 될 때까지의 변화를 압력 센서(9)로 측정한다.
압력 센서(9)에 의해서 얻어지는 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt는, 시린지 펌프(7)의 기동(起動)(노즐(3)의 이동 개시 시점에 대응함)에서부터 공급 압력이 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc가 될 때까지, 시간 경과에 따라서, 예를 들면 밀리초 단위로, 차례로 다수 출력된다. 여기서, 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt란, 도공액(D)의 토출 개시에서부터 t초 후의 측정 압력치를 말한다. 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt는, 압력 센서(9)로부터 연산 제어기(10)에 입력된다.
연산 제어기(10)는 시간 경과에 따르는 복수의 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt를 이용하여, 하기 식 (1)로 연산을 행하여, 노즐(3)의 시간 경과에 따르는 이동 속도 Vt를 복수 산정하고, 그것들을 기억한다. 그리고 다음에, 받침대(2)에 기판(8)을 재치(載置)하고, 그 기억된 이동 속도 Vt로 노즐(3)의 이동을 제어한다. 여기서, 이동 속도 Vt란 복수의 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt 개개에 대응하는 것으로, 도공액(D)의 토출 개시에서부터 t초 후의 이동 속도를 말한다.
정상 단계에 있어서, 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc(일정) 및 설정 이동 속도 Vc(일정)로 기판(8)에 도포를 행할 때, 기판(8)의 단위 면적당 도공액량은, 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc에 대한 설정 이동 속도 Vc의 관계로 규정된다. 즉, 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc에 대한 설정 이동 속도 Vc의 값이 크면(빠르면), 기판(8)의 단위 면적당 도공액량은 감소하여 도막 두께는 얇아지고, 반대로, 설정 이동 속도 Vc의 값이 작으면(느리면), 도공액량은 증대하여 도막 두께는 두꺼워진다. 초기 단계에 있어서도, 그 관계는 같다.
이에, 초기 단계에 있어서의 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt에 대한 이동 속도 Vt의 관계와, 정상 단계에 있어서의 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc에 대한 설정 이동 속도 Vc와의 관계에 대해서, 하기 식 (1)을 적용할 수 있다.
Pt：Vt=Pc：Vc (단, 0≤Pt≤Pc) … (1)
식 (1)을 초기 단계에 있어서의 노즐(3)의 이동 속도 Vt로 정리하면,
Vt=(Vc/Pc)× Pt … (2)
가 된다.
상기 식 (2)의 의미는, 초기 단계에 있어서의 이동 속도 Vt는 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt에 대해, 일정한 비율(Vc/Pc)이면, 기판(8)의 단위 면적당 도공액량이 일정하게 되어, 도막 두께가 일정하게 유지된다는 것이다. 그리고, 압력 센서(9)에 의해 초기 단계의 수초 동안에 대해 밀리초 단위로 측정된 복수의 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt를 이용하여, 식 (2)에 의해서 연산함으로써, 복수의 이동 속도 Vt가 산정된다(도 2 및 도 3 중, Vt1, Vt2, Vt3으로 나타냄)
예를 들면, 토출 유량 Q가 100cc/min일 때의 Pc=100kPa, Vc=25mm/s인 경우, 초기 단계에 있어서 노즐(3)로부터의 도공액의 토출 직후의 Pt=10kPa(Q=10cc/min)일 때의 이동 속도 Vt는, 2.5mm/s로 산정되고, Pt=80kPa(Q=80cc/min)일 때의 이동 속도 Vt는 20mm/s로 산정된다.
연산 제어기(10)에 의해, 준비시의 1회의 토출로 얻어진 복수의 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt로부터 시험식으로서, 압력 변화의 함수 f(Pt)가 얻어지는 경우에는 도 2에 나타내는 것처럼, 설정 이동 속도 Vc에 대한 소정 압력치 Pc의 비의 값(Vc/Pc)을 배율(倍率)로 하여 당해 함수 f(Pt)에 곱함으로써, 이동되는 노즐(3)의 속도 변화의 함수 f(Vt)를 얻을 수도 있다.
제1 실시예의 경우, 상기 초기 단계는 「도공액(D)의 토출 개시(노즐(3)의 이동 개시)에서부터 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt가 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc에 도달할 때까지의 수초 동안 정도의 기간」으로 바꿔 말할 수 있다. 그리고, 준비를 끝내고, 실전의 기판(8)으로의 도포에서부터는, 초기 단계에서, 연산 제어기(10)에서 산정된 이동 속도 Vt에 기초하여, 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt가 「0」의 값으로부터 상승해 가는 것에 따라서, 노즐(3)의 이동 속도를, 속도 「0」에서부터 증속시켜, 기판(8)의 단위 면적당 도공액량이 일정하게 되도록 하면, 도막 두께가 일정하게 된다.
초기 단계를 거쳐서, 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt가 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc가 되면(정상 단계), 노즐(3)은 설정 이동 속도 Vc로 이동된다.
제1 실시예에 따른 기판의 도포 방법 및 도포 장치에 의하면, 노즐(3)의 이동과 당해 노즐(3)로부터의 도공액(D)의 토출을 동시에 개시하여, 도공액(D)을 기판(8)에 도포하는 경우에, 초기 단계에 있어서의 도공액(D)의 공급 압력의 변화를 압력 센서(9)로 측정하고, 측정된 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt에 대해 하기 식 (1)을 적용하여,
Pt：Vt=Pc：Vc (단, 0≤Pt≤Pc) … (1)
노즐(3)의 이동 속도 Vt를 연산 제어기(10)로 산정하고, 산정된 이동 속도 Vt를 노즐(3)에 출력하여 초기 단계의 도포를 제어하도록 했으므로, 도포 개시시에서부터 수초 동안의 기간에 있어서의 도막 두께를 가능한 한 일정하게 할 수 있다. 이것에 의해, 기판(8)의 이용 면적이 적어지지 않도록 할 수 있다.
그리고, 도공액(D)을 기판(8)에 도포하는 도공 준비시에, 상기 구성의 도포 장치(1)를 이용하여, 상기 절차의 도포 방법을 1회 실시하는 것만으로, 산정된 노즐(3)의 이동 속도 Vt에 의해, 사용하는 도공액(D)에 따른 최적인 노즐(3)의 이동의 제어 패턴을 확립할 수 있어, 시험 도포가 불필요해지고, 그것에 따르는 도공액, 시험 도포용 기판, 작업시간의 로스의 누적을 해소할 수 있고, 수고를 들이지 않고 용이하고 또한 신속하게 도포 작업을 개시할 수 있다.
제1 실시예에 따른 기판의 도포 방법 및 도포 장치에 있어서는, 압력 센서(9)와 연산 제어기(10)를 증설하는 것만으로 되며, 특허 문헌 1과 같이, 복수 대의 카메라나 화상 처리를 행하는 제어부를 이용하는 경우에 비하여, 간이한 설비이며 저비용으로 구성할 수 있다.
또, 제1 실시예는 통상의 노즐(3)을 이용한 이동 속도 제어이므로, 특허 문헌 2와 같이, 2개의 슬릿으로부터 2단계로 약액을 토출하는 구성 및 방법에 비하여, 노즐(3)의 구성이 간단함과 아울러, 토출 제어도 용이화할 수 있다.
또, 제1 실시예는, 노즐(3)의 이동 속도 제어만으로 도포를 행하도록 하여, 시린지 펌프(7)에 의한 도공액(D)의 공급량 제어를 수반하지 않으므로, 특허 문헌 3이나 특허 문헌 4와 같이 도액의 공급에 관해서 제어를 행하는 경우에 비하여, 용이하고 또한 고정밀도로 도막 두께를 일정하게 할 수 있다.
≪제2 실시예≫
제2 실시예는 노즐(3)의 이동 속도는 설정하지 않고, 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc만을 설정하고, 노즐(3)은 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc까지 도달했을 때의 이동 속도를 일정한 이동 속도로 하여 이동되는 경우이다.
이 경우, 압력 센서(9)는 시린지 펌프(7)의 기동(노즐(3)의 이동 개시 시점에 대응함)에서부터, 측정되는 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt가 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc가 될 때까지 측정을 행하고, 그 시간이 도포 제어에 사용된다.
그리고, 초기 단계에서, 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt가 「0」의 값에서부터 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc까지 상승해 가는 것에 따라서, 노즐(3)의 이동 속도를 속도 「0」에서부터 증속시켜, 기판(8)의 단위 면적당 도공액량이 일정하게 되도록 한다. 이것에 의해, 초기 단계에 있어서의 도막 두께를 가능한 한 일정하게 할 수 있다. 초기 단계를 거쳐서, 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt가 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc가 된 정상 단계에서는, 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc가 되었을 때의 일정한 이동 속도로 노즐(3)은 이동된다.
≪제3 실시예≫
제3 실시예는 노즐(3)의 이동 속도도, 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc도 설정하지 않고, 정상 단계에 있어서의 도공 작업이, 공급 압력이 일정하게 되었을 때 그 일정 공급 압력으로, 그리고 또, 노즐(3)은 일정 공급 압력에 도달했을 때의 이동 속도를 일정한 (정상 단계의) 이동 속도로 하여 이동되는 경우이다.
이것은, 후술하는 도 4에서 설명하는 것처럼, 시린지 펌프(7)를 대신하여 기밀(氣密) 탱크(12)를 이용하여, 도공액의 공급 압력만으로 유량을 결정하는 경우에 상당한다.
제3 실시예에서는, 노즐(3)의 이동 속도를 스타트 시점의 속도 「0」에서부터 서서히 증속시키고, 공급 압력이 일정하게 된 시점에서, 기판(8)의 단위 면적당 도공액량이 일정하게 되어, 도막 두께가 일정하게 되도록 한다.
상술한 것처럼, 「도공액(D)의 토출 개시에서부터, 노즐(3)에 의한 도공액(D)의 토출량이 일정하게 안정될(공급 압력이 일정하게 될) 때까지의 수초 동안 정도의 기간(초기 단계)」에서는, 노즐(3)의 토출부 주변의 도공액(D)의 점도나 유로의 저항, 그 외의 요인에 의해서, 토출되는 도공액(D)의 양이 적기 때문에, 이 양이 적은 것에 대응시켜 노즐(3)을 천천히 이동시키고, 그리고 또, 점차 양이 증가하는 것에 대응시켜 노즐(3)의 이동을 서서히 증속시킨다. 그것은, 도 2 및 도 3 중에서, Vt1＜Vt2＜Vt3로 나타내져 있다.
이것에 의해, 기판(8)의 단위 면적당에서, 도공액량이 일정하게 되어, 도막 두께가 일정하게 된다. 초기 단계를 거쳐서, 공급 압력이 일정하게 되어 노즐(3)로부터의 도공액(D)의 토출량이 일정하게 되면, 토출량(공급 압력)이 일정하게 되었을 때의 일정한 이동 속도로 노즐(3)은 이동된다.
이상 설명한 제2 및 제3 실시예라도, 제1 실시예와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 도 1 및 도 3에 나타낸 기판의 도포 장치의 변형예로, 기판(8)에 도공액(D)을 도포하고 있는 모습을 나타내는 개략도이다.
상기 실시 형태에서는, 삼방 밸브(6)를 이용하여 도공액(D)을 시린지 펌프(7)로 탱크(5)로부터 흡인하여, 노즐(3)로 송출하는 경우에 대해 설명했지만, 이 변형예에서는, 노즐(3)에는 개폐 밸브(15)를 구비하는 공급 배관(4)을 통해서, 도공액(D)을 저장한 기밀 탱크(12)가 접속된다. 기밀 탱크(12)에는 개폐 밸브(13)를 통해서, 가압용의 공기 도입 배관(14)이 접속된다. 그리고, 개폐 밸브(13)를 개방하여 공기 도입 배관(14)으로부터 도입되는 가압용 공기로 기밀 탱크(12) 내부를 일정 압력으로 가압하고, 개폐 밸브(15)를 여는 것에 의해서, 노즐(3)에 도공액(D)이 공급되어, 노즐(3)로부터 토출되도록 되어 있다.
압력 센서(9)는 상기 실시 형태와 마찬가지로, 노즐(3) 또는 공급 배관(4)에 마련된다. 이러한 변형예라도, 상기 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 달성한다는 것은 물론이다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 받침대(2)상에 설치된 기판(8)에 대해서, 노즐(3)을 상대 이동시키는 경우에 대해 설명했지만, 이것으로 한정하지 않고, 고정 설치한 노즐(3)에 대해서, 기판(8)이 설치된 받침대(2)를 상대 이동시키도록 해도 된다. 이 경우에는, 상술한 노즐(3)의 이동 속도의 설명과 마찬가지로 하여, 받침대(2)에 올려진 기판(8)의 이동 속도를 제어하도록 하면 된다.
1: 도포 장치 2: 받침대
3: 노즐 3a: 챔버
4: 공급 배관 5: 탱크
6: 삼방 밸브 7: 시린지 펌프
7a: 모터 7b: 피스톤
7c: 실린더 8: 기판
9: 압력 센서 10: 연산 제어기
11: 도공액 회수 용기 12: 기밀 탱크
13: 개폐 밸브 14: 공기 도입 배관
15: 개폐 밸브 D: 도공액
Pc: 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치
Pt: 토출 유량에 대응하는 측정 압력치
P1: 제1 포트 P2: 제2 포트
P3: 제3 포트 Vc: 설정 이동 속도
Vt: 이동 속도

Claims (6)

  1. 도공액(塗工液)을 토출(吐出)하는 노즐의 이동과 상기 노즐로부터의 도공액의 토출을 동시에 개시하여, 도공액을 기판에 도포할 때, 상기 노즐의 이동 속도를 서서히 증속(增速)시켜, 상기 기판의 단위 면적당 도공액량이 일정하게 되도록 한 것을 특징으로 하는 기판의 도포 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐로부터의 단위 시간당 도공액의 토출 유량과 상관하는 도공액의 공급 압력을 측정하는 압력 센서로 측정되는 토출 유량에 대응하는 측정 압력치를 이용하여,
    도공액의 토출 개시에서부터, 상기 측정 압력치가 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치에 도달할 때까지의 기간에 있어서, 상기 측정 압력치가 상승해 가는 것에 따라서, 상기 노즐의 이동 속도를 증속하는 것을 특징으로 하는 기판의 도포 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐로부터의 단위 시간당 도공액의 토출 유량과 상관하는 도공액의 공급 압력을 측정하는 압력 센서로 측정되는 토출 유량에 대응하는 측정 압력치 Pt를 이용하여,
    상기 노즐을 설정 이동 속도 Vc로 이동시킴과 아울러 도공액을 설정 토출 유량에 대응하는 소정 압력치 Pc로 토출하여, 도공액을 상기 기판에 도포하는 경우에, 도공액의 토출 개시에서부터, 상기 측정 압력치 Pt가 상기 소정 압력치 Pc에 도달할 때까지의 기간에 있어서, 상기 측정 압력치 Pt에 대한 상기 노즐의 이동 속도 Vt를 하기 식
    Pt：Vt=Pc：Vc (단, 0≤Pt≤Pc) … (1)
    로 산정하는 것을 특징으로 하는 기판의 도포 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기판에 도공액을 도포하기 전의 준비시에, 상기 노즐로부터 도공액을 토출하여 상기 기간에 있어서의 상기 공급 압력을 상기 압력 센서로 측정하고,
    그 다음에, 상기 압력 센서로부터 출력되는 토출 유량에 대응하는 상기 측정 압력치 Pt로부터 상기 식 (1)을 이용하여 산정되는 이동 속도 Vt로 상기 노즐을 이동시켜 상기 기판에 도공액을 도포하는 것을 특징으로 하는 기판의 도포 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐을 이동하는 것을 대신하여, 상기 기판을 이동시키도록 하는 것을 특징으로 하는 기판의 도포 방법.
  6. 청구항 3 또는 청구항 4에 기재된 기판의 도포 방법에 이용되는 기판의 도포 장치로서,
    이동하면서 도공액을 토출하여 상기 기판에 도포하는 상기 노즐과, 상기 노즐로부터의 단위 시간당 도공액의 토출 유량과 상관하는 도공액의 상기 공급 압력을 측정하여 토출 유량에 대응하는 상기 측정 압력치를 출력하는 상기 압력 센서와, 상기 압력 센서로부터 입력되는 상기 측정 압력치로부터 상기 식 (1)을 이용하여, 상기 노즐의 이동 속도를 산정하여 상기 노즐로 출력하는 연산 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 기판의 도포 장치.
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