JP2004089762A - 液材塗布装置及び液材塗布方法 - Google Patents

液材塗布装置及び液材塗布方法 Download PDF

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Kazuo Takaike
高池 一雄
Tsuyoshi Shimizu
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Abstract

【課題】無駄な液材を使用することがなく、予めワーク表面の凹凸を検出して得られた隙間情報に基づいてワークとノズルとの隙間を調整しながら均一に塗布することにより、比較的粘度の高い液材を用いて5〜100μmの厚い被膜を均一に形成することが可能な液材塗布装置を提供する。
【解決手段】走査ヘッド部4をX軸方向へ走査させる際に予め隙間検出部7で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部6よりワーク3上に液材16を吐出する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する利用分野】
本発明は、例えば半導体ウエハや基板上に液材を塗布して被膜を形成する液材塗布装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウエハなどのワーク上にポリイミドコーティング材やフォトレジスト材などの液材を塗布する方法としては、スピンコート方式による塗布装置が用いられている。スピンコート方式は、テーブル上に半導体ウエハなどのワークを吸着保持させた状態で、ワーク中央部に液材を供給してテーブルを回転させながら液材をワーク全面に拡散させて均一な被膜を形成する方式である。
【0003】
また、ノズルのZ軸方向の高さを予め設定してワークとノズルの隙間を所望の膜厚にあわせて塗布する装置(特開平5−15818号公報)、ワークの凹凸に追従させて塗布しながらノズルの高さを可変にしたものや測長センサによりワークとの距離を測定しながらをノズルをZ軸方向の高さを調整しながら塗布する装置(特開平5−115825号公報)などが提案されている。或いは、ノズルを半導体ウエハ上でX−Y方向に走査しながら一筆書き状に液材を塗布する装置(特開2001−239198号公報)も提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワークにスピンコート方式で液材を塗布する場合、始めは低速回転により液材を拡散させ、その後高速回転により液材に含まれる溶剤を飛ばす(乾燥させる)ことから、余分な液材がワークの周囲に飛散して材料使用効率が悪い。具体的には、被膜材料/投入材料の比率が約5〜10%程度になる。また、コーティング材は比較的高価であるため、無駄なコストが発生して製造コストが嵩む。
【0005】
また、特開平5−15818号公報の塗布装置は、ノズルのZ軸方向の高さ位置を予め設定した後は、一定の高さ位置で塗布するものである。この塗布装置で比較的高粘度の液材を塗布した場合、ワークによっては膜厚のばらつきが生じ易い。特にワークによっては、ワーク表面の平坦度やノズルの走行速度の変化や駆動源から伝わる振動などによりノズル−ワーク間の隙間(ギャップ)が変化し、液材の膜厚も不均一になり易い。
また、特開2001−239198号の塗布装置は、被膜の厚さが0.5μm前後と比較的薄い膜厚を形成するために開発された装置のため、使用する液材の粘度は低粘度のものを想定しており該液材の特性からノズル高さのコントロールを不要としても隣接した液材どうしの表面張力でレベリングがなされるようになっている。
したがって、この塗布装置では、3000mPa・m前後の比較的高粘度の液材を塗布することができないため、膜厚が5μm〜100μm程度の比較的厚い被膜を形成することができない。
【0006】
また、特開平5−115825号公報の塗布装置は、ワーク表面の計測を行いながらその変位に合わせてノズルのZ軸方向の高さ位置を変更する場合、ノズルの移動速度が速すぎると振動が発生し易く、センサによる計測データの精度が低下するため膜厚の精度も低下し易い。また、ノズルの移動速度に制約がかかり、速くても約100mm/secでありワーク全面に塗布するまで時間がかかり、作業効率が悪い。
【0007】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、無駄な液材を使用することがなく、予めワーク表面の凹凸を検出して得られた隙間情報に基づいてワークとノズルとの隙間を調整しながら均一に塗布することにより、比較的粘度の高い液材を用いて5〜100μmの厚い被膜を均一に形成することが可能な液材塗布装置及び液材塗布方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
液材塗布装置においては、ワークを保持するワーク保持機構と、前記ワーク保持機構に保持されたワーク上に液材を吐出するノズルを備えた液材吐出部と、前記ワーク表面とノズルとの隙間情報を読み取る隙間検出部とを備えた走査ヘッド部と、前記走査ヘッド部をワーク上でX−Y方向に交互に走査させ、前記液材吐出部よりワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復動させるヘッド部移動機構とを具備し、前記走査ヘッド部をX軸方向へ走査させる際に予め隙間検出部で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出することを特徴とする。
【0009】
また、液材塗布方法においては、ワークをワークテーブルに保持し、走査ヘッド部をワーク上でX−Y方向に交互に走査させ、隙間検出部によりワークの外形を含むX−Y座標平面の各マトリクス毎に当該マトリクスを形成する交点におけるZ軸方向の高さ位置を計測し、マトリクス中心部の高さ位置を算出して隙間情報として記憶しておく工程と、前記走査ヘッド部をワーク上でX−Y方向に交互に走査させ、ワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復動させる塗布工程とを有し、 前記走査ヘッド部をX軸方向へ走査させる際に、予め隙間検出部で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。
本実施の形態は、ワークとして用いられる半導体ウエハに、ポリイミドコーティング材(PI)やフォトレジスト材(PR)などの液材が、走査ヘッド部を走査させながら塗布される液材塗布装置及び方法について説明する。
【0011】
図1は液材塗布装置の正面図、図2は液材塗布装置の上視図、図3及び図4は走査ヘッド部の液材吐出部と隙間検出部の移動動作を示す説明図、図5はワーク表面の凹凸を読み込むX−Y座標平面のマトリクスを例示する説明図、図6は各マトリクス中心部の高さ位置を算出する場合の説明図、図7(a)(b)は隙間検出部の読み取り動作と読取走査経路の説明図、図8(a)(b)は隙間検出部により読み取られたワーク表面の凹凸状態および走査ヘッド部の駆動軸であるX軸の走り平行度及び振動による振れ等を示すノズル変位量を示すグラフ図(図8(a)はワーク1枚分を計測したグラフ図、図8(b)は図8(a)のグラフ図から走査ヘッド部の1往復分の計測データを抽出し拡大したグラフ図)、図9は隙間コントロールを行って液材を塗布した場合のノズル−ワーク間の変位量を示すグラフ図、図10は隙間コントロールなしに液材を塗布した場合のノズル−ワーク間の変位量を示すグラフ図、図11は液材吐出動作とノズル−ワーク間の隙間との関係を示す説明図、図12(a)(b)は走査ピッチとノズル径との関係を示す説明図、図13は、ワークワークテーブルの振動機構を示す説明図、図14(a)〜(c)は走査ヘッド部をワーク上でX−Y方向に交互に走査させ、ワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復させた際に、ワーク外周部において折り返しの加減速により発生する膜厚の増加を防ぐための様々な方法に関する説明図、図14(d)はワーク外周部において折り返しの加減速により発生した膜厚の増加を示す説明図、図15はシングルノズルで液材を塗布する場合の説明図、図16はマルチノズルで液材を塗布する場合の説明図、図17はマルチノズルのノズルピッチを変更する場合の説明図、図18(a)〜(d)はマルチノズルより吐出された液材の未塗布部分を発生させないためのノズル配置を示す説明図である。
【0012】
先ず、図1及び図2を参照して液材塗布装置の概略構成について説明する。
ワーク保持機構1はワークを吸着保持するワークテーブル2を備えている。このワークテーブル2の外形サイズは、ワーク(半導体ウエハ)3の外形サイズと同等か若干小さいサイズのものが用いられる。ワークテーブル2は平坦度の高い保持面を備えており、かつ吸着機能を備えている。このワークテーブル2にワーク3を吸着保持させることでワーク3の反りやうねりを矯正し塗布面(ワーク表面)を平坦に保っている。
【0013】
走査ヘッド部4は、ワーク保持機構1に吸着保持されたワーク3上に液材を吐出するノズル5を備えた液材吐出部6と、ワーク表面とノズルとの隙間情報を読み取るレーザ変位センサなどを用いた隙間検出部7とを備えている。液材吐出部6及び隙間検出部7はヘッド部本体8の取付板9に取り付けられている。
走査ヘッド部4は、ヘッド部移動機構15によりX−Y方向に移動可能に設けられている。X軸ボールねじ10及びY軸ボールねじ11は、X軸駆動部(サーボモータなど)26及びY軸駆動部(サーボモータなど)27により回転駆動される。ヘッド部本体8はX軸移動体40に保持されている。X軸移動体40はX軸ボールねじ10に連繋しており、該X軸ボールねじ10に平行に設けられたX軸ガイドレール28にX軸リニアガイド29を介して連繋している(図2参照)。X軸駆動部26を回転駆動させると、X軸移動体40を介してヘッド部本体8が図1及び図2の矢印に示す何れかの方向(X軸移動体40の側面側)へX軸ガイドレール28に沿って移動するようになっている。
【0014】
X軸駆動部26はY軸ボールねじ11に連繋するY軸移動体12に保持されている。また、X軸ボールねじ10は一端側がカップリングを介してX軸駆動部26に連繋し他端側がY軸ガイドフレーム30に回動可能に保持されている。X軸ガイドレール28は、Y軸移動体12及びY軸ガイドフレーム30に保持されている。Y軸移動体12はY軸ベース部33上に敷設されたY軸ガイドレール32にY軸リニアガイド31を介して連繋している。Y軸ガイドフレーム30は、Y軸ベース部33上に形成されたレール部37にガイド部38を介して連繋している(図1参照)。
Y軸駆動部27を回転駆動させると、Y軸移動体12がY軸ガイドレール32に沿って、Y軸ガイドフレーム30がレール部37に沿って、図2の矢印に示すY軸の何れかの方向へ移動するようになっている。図2において、走査ヘッド部4はワーク3上でX軸駆動部26及びY軸駆動部27を交互に回転駆動することでX−Y方向に交互に走査させ、X軸方向へ往復走査する際に液材吐出部6よりワーク3上に液材を吐出する。
【0015】
また、図1及び図2において、ヘッド部本体8はZ軸ボールねじ13に連繋しており、該Z軸ボールねじ13はZ軸駆動部(サーボモータなど)14により回転駆動される。Z軸駆動部14は、X軸移動体40に一体に保持されている。ノズル5の高さ位置は、予め隙間検出部7で読み込まれた隙間情報に応じてZ軸駆動部14を駆動制御して液材吐出部6が取り付けられたヘッド部本体8の上下位置を変更することで微調整する。また、液材吐出部6の上部には従動プーリ35aが設けられており、ノズル回転駆動部(サーボモータなど)34に設けられた駆動プーリ35bとの間に無端状のベルト(タイミングベルトなど)36が掛け渡されている。このノズル回転駆動部34は、後述するように液材吐出部6にマルチノズルを用いた場合に、ノズル間ピッチを変更する際にマルチノズルを回転させるために設けられている。尚、シングルノズルの場合には、ノズル回転駆動部34を省略することも可能である。
【0016】
取付板9はヘッド部本体8に対して図示しない移動機構によりX軸方向に移動可能に設けられている。図3に示すように予め隙間検出部7で読み取ったワーク表面の読み取り位置と、図4(a)に示すように液材吐出部6のノズル位置とが一致するように、隙間検出部7と液材吐出部6とがZ軸ボールねじ13と交差するY軸ライン上位置へ移動して隙間読取走査と液材塗布走査とが行なわれる。これにより、X軸ボールねじ10の歪みやX軸駆動部26から伝わる振動などの要因もワーク表面の凹凸状態に加味して計測することができ、またセンサの位置とノズルの位置とが同一のため、Z軸方向の変位を変える要因も1回の計測で制御量のデータ化をできるという利点がある。
【0017】
以下、隙間検出部7による隙間検出動作について、図5〜図10を参照して説明する。図5において、隙間検出部7はワーク3の外形を含むをX−Y座標平面においてマトリクスを形成する交点(例えばP[1][1]、P[2][1]、P[1][2]、P[2][2])のZ軸方向の高さ位置を計測する。具体的には、図6において、X−Y座標平面における任意の点(X、Y)の高さZ(X、Y)は、
Zxy[a][b]を任意の点におけるマトリクス(□)10mm間の傾き、Zxy[a][b]・ZxaをX軸方向の傾き、Zxy[a][b]・ZyaをY軸方向の傾きとすると、
Z(X,Y)=dZx(X,Y0)+dZy(X0,Y)+Z0
X軸方向の傾きdZx(X,Y0)=Zxy[a][b]・Zxa・(X−X0)
Y軸方向の傾きdZy(X0,Y)=Zxy[a][b]・Zya・(Y−Y0)
に基づいて算出される。
【0018】
このようにして、各マトリクス毎に当該マトリクスを形成する交点(例えば図5の拡大図に示すZxy[1][1])のX−Y方向の傾斜成分を考慮して、各マトリクス中心部の高さ位置を算出してノズルの隙間情報として図示しない制御部のメモリに記憶しておく。図7(a)は、走査ヘッド部4をワーク3上でX−Y方向に走査して隙間検出部7によりノズル−ワーク間の隙間を検出する動作を示す。走査ヘッド部4は、図3のように、隙間検出部7がZ軸ボールねじ13と交差するY軸ライン上に移動した状態で、図7(b)に示すようにX軸方向への移動とY軸方向への移動を交互に行いながら、ワーク3を含むX−Y座標平面上の各マトリクス中心部の高さ位置を読みとって、隙間情報としてメモリに記憶する。このとき、走査ヘッド部4のX軸方向の移動速度やY軸方向の走査ピッチは、液材吐出時に合わせて設定されている。尚、走査ヘッド部4の走査(スキャン)速度や走査(スキャン)ピッチを変更する場合には、その都度データ(隙間情報)は更新される。
【0019】
図8(a)(b)は、隙間検出部(レーザー変位センサ)7により、読み取られた変位量のデータを例示する。図8(a)はX軸方向2ライン分を走査したとき(走査ヘッド部4を往復動させた場合)の変位量の変化を示し、図8(b)はワーク全面を走査したときの変位量の変化を示す。このときの、走査ヘッド部4の走査速度(スキャン速度)は50mm/secであり、10mmsec毎に測定した結果を示している。
図8(a)から分かるように、2ライン分の走査でも、走査ヘッド部4の始動動作や減速動作、X軸駆動部(モータ)の振動やボールねじの回転による振れなどが隙間データの振れとして影響していることが分かる。また、図8(b)において、ワーク全面を走査した場合には、往動時と復動時、ワーク3の部位によって変位量のばらつきが存在することが分かる。
【0020】
上記のようにして得られた隙間情報に基づいて、走査ヘッド部4に設けられた液材吐出部6により液材塗布動作を行う。図4(a)において、走査ヘッド部4は、液材吐出部6がZ軸ボールねじ13と交差するY軸ライン上に移動した状態で、図4(b)に示すようにX軸方向への移動とY軸方向への移動を交互に行いながら、ノズル5より液材16を一筆書き状に液材16を吐出する。このとき、各マトリクスの隙間情報に基づいてZ軸駆動部14がZ軸ボールねじ13を回転駆動させることにより、液材吐出部6はワーク表面からノズルまでの隙間を微調整しながら液材16を吐出する。
【0021】
図9及び図10に、走査ヘッド部4により隙間(Gap)コントロールを行なって液材16が塗布された場合のノズル−ワーク間の隙間変位量と、隙間(Gap)コントロールを行わないで液材16が塗布された場合のノズル−ワーク間の隙間変位量を示す。このときの走査ヘッド部4の走査速度(スキャン速度)は200mm/secであり、10mmsec毎に測定した結果を示している。図9では、およそ25μm幅の範囲内にGap変動が抑制されているのに対して、図10の場合には、およそ120μm幅の範囲でGap変動が生じていることが分かる。
【0022】
このように、液材吐出部6のZ軸方向の高さ位置を微調整しながらノズル5より液材16を吐出することで、ノズル−ワーク間の隙間(Gap)変動量を抑えてほぼ一定にすることができ、隣接する液材16どうしの表面張力で一定の膜厚にレベリングされた被膜を形成することができる。また、ノズル5から液材16を連続して一筆書き状に一定流量で吐出しながら塗布するので、比較的粘度の高い塗布材でも均一な被膜を形成できる。
また、液材塗布とワーク表面の計測とを分けて行うことにより、走査ヘッド部4の走査(スキャン)速度に計測による制約がなくなり、被膜の厚さに応じた速度設定が行え、計測時間と塗布時間を合わせてもこれらを同時に行う場合よりも作業時間が短縮できる。
【0023】
ここで、走査ヘッド部4による液材16の塗布条件の一例について図11乃至図13を参照して説明する。ポリイミドコーティング材やフォトレジスト材等の液材16を用いて5μm〜100μm程度の比較的厚い被膜を形成する場合、液材16の粘度を高くする必要がある。液材16の粘度が高くなると液材吐出部6のノズル5の内径を拡大しないと管内抵抗が上昇して液材16の吐出量が不十分となる場合がある。そこで、ストレート管長さ15mmの金属製シングルノズルの場合を以下に例示する。
100mPa・sec以下    ;ノズル内径φ0.10mm以上
100〜1000mPa・sec ;ノズル内径φ0.20mm以上
1000〜2000mPa・sec;ノズル内径φ0.30mm以上
2000〜4000mPa・sec;ノズル内径φ0.40mm以上
4000〜6000mPa・sec;ノズル内径φ0.50mm以上
【0024】
また、ノズル5の高さ位置(Z軸方向の位置)Hは、以下の目安で設定される。
ウエット膜厚の高さ<H<ウエット膜厚の4倍の高さ
(ウエット状の膜厚;形成したい膜厚(乾燥後の膜厚)/塗布材の固形分比率%)
これは、図11において、ノズル−ワーク間の隙間(Gap)を必要以上に上げた場合には、ノズル5の先端に液玉17が形成され、ワーク上に滴下して連続したライン状に吐出することができなくなり、被膜形成し難くなるためである。但し、ノズル5の内径、粘度、形成したい膜厚(乾燥後のドライ膜厚)によって、上記範囲内で適性な高さに設定する必要がある。
【0025】
また、図12(a)(b)に示す走査ヘッド部4をY軸方向に一定ピッチで走査する走査量(スキャンピッチ量)Pは、
ノズル内径サイズの1/2<P<ノズル外径サイズ
に設定される。これは、ノズル5より吐出された液材16どうしが重なり合うようにすると均一な被膜が得られ易いからである。また、比較的粘度の高い液材16は表面張力によりワーク上で液材16が広がり難いため、上記ピッチ範囲内で液材16どうしが重なり合うようにピッチが狭くなるように設定することが望ましい。
【0026】
また、ワーク3に塗布された液材16により均一な膜厚を形成するためには、ワーク3に僅かな振動を与えて液材16どうしを均一に伸ばすようにしても良い。
図13において、ワーク保持機構1、基台18上にワーク3を吸着保持可能なワークテーブル2を可動に備えていても良い。ワークテーブル2は、振動装置19に連繋しており、振動方向は液材塗布方向と交差する方向(本実施例では直交する方向)となるように構成されている。即ち、ワークテーブル2は基台18に設けられたスライドレール20に直動ガイド21を介してスライド可能に支持されている。ワークテーブル2は走査ヘッド部4をX軸方向へ走査する際に振動装置19によりワークテーブル2をY軸方向に振動させながら液材吐出部6より液材16を吐出するようになっている。
【0027】
このように、ワーク3上にX軸方向に塗布された液材16に90度で直交するするY軸方向へ振動させることにより、塗布された液材16をY軸方向へ拡散させる力が作用してより均一な塗布(レベリング)が行えるからである。
尚、室温でも液材16中の溶剤が蒸発する場合には、ワーク全面に液材16を塗布してから振動させてもレベリング効果が十分得られない場合がある。即ち、ワーク3上に液材16が塗布された瞬間から液材16中の溶剤が蒸発して粘度が上昇してワーク全面に液材16が塗布されたときにはレベリング効果が不十分となるからである。よって、液材16中の溶剤が室温でも蒸発する場合には、振動を与えながら塗布する必要がある。
【0028】
次に、ワーク3への液材塗布方法について図14(a)〜(d)を参照して説明する。図14(d)において、走査ヘッド部4がワーク3上を走査して液材16を吐出する場合、走査ヘッド部4はワーク3の外形を超えて走査され、ワーク3の外周部で折り返し動作を行うため、走査ヘッド部4の減速及び加速が行なわれる。この場合、ノズル5より吐出される液材量が、ワーク外周部がそれ以外の部位より多くなるため膜厚が厚くなってしまう。ワーク3の外側で吐出される液材16の吐出量や吐出状態は液材16の材質や粘度などにより異なるが、上記不具合を解消するため、以下のうち適当な塗布方法を選択することができる。
【0029】
図14(a)において、ワーク保持機構1にはワーク3の外周部に、液材吐出部6が折り返し移動する際に吐出された液材16を受けるダミーテーブル22が設けられている。ダミーテーブル22は、ワーク3と同じ高さで設けられており、液材吐出部6より一筆書き状に連続して吐出される液材16を折り返し動作時に受けるようになっている。ワーク3の全面に液材16が塗布された後、ダミーテーブル22を取り外して不要な液材16を除去することでワーク表面には均一な被膜が形成できる。
【0030】
また、図14(b)において、ノズル5の先端から吐出される液材16がワーク3の外側で点滴状に滴下する場合には、走査ヘッド部4がX軸方向へ折り返す際に、液材吐出部6より液材16を吐出させながらワーク3の側面(外周面)のエッジ部3aで一旦液材16を切ってから再度ワーク3上に吐出するようにしても良い。この場合、ワーク3の外周面や裏面側へ回り込んだ液材16は、バックリンス等の洗浄を行って除去すれば良い。
【0031】
また、図14(c)において、ノズル5の先端から吐出される液材16がワーク3の外側で滴下せずに先端に液玉17が形成される場合には、ワーク保持機構1のワークテーブル2の周縁部にスクレーパー23を設けても良い。具体的には、スクレーパー23は、ワーク3を吸着保持するワークテーブル2の外周面に沿って突出して設けられている。走査ヘッド部4をX軸方向へ折り返す際に、液材吐出部6より液材16を吐出させながらスクレーパー23で一旦液玉17を切ってから再度ワーク3上に液材16を吐出するのが好ましい。
【0032】
次に、走査ヘッド部4を用いて、ワーク(半導体ウエハ)3に液材16を塗布した実施例について図15及び図16に示す。ワーク3の外周にはダミーテーブル22が設けられている、図15はシングルノズル24を用いた場合を示し、図16はマルチノズル25を用いた場合を示す。図15においてシングルノズル24を用いて8インチウエハに塗布した場合、ポリイミド材のスキャンピッチPI=0.35mm、フォトレジスト材のスキャンピッチPR=0.30mmでウエハ外周から4mm位置のダミーテーブル22上で折り返しを行った場合、1枚の半導体ウエハを塗布するのにポリイミド材で13.5分、フォトレジスト材で12.5分の時間を要した。
【0033】
図16において、マルチノズル(ノズル数7)25を用いて8インチウエハに塗布した場合、ポリイミド材のスキャンピッチPI=2.45mm、フォトレジスト材のスキャンピッチPR=2.10mmで、ウエハ外周から7mm位置のダミーテーブル22上で折り返しを行った場合、1枚の半導体ウエハを塗布するのにポリイミド材で2.3分、フォトレジスト材で2.1分の時間を要した。このように、マルチノズル25を用いる場合には、ワーク3へ液材16を塗布する塗布時間を大幅に短縮でき、またノズル間ピッチNは、液材16の材質(粘度)や膜厚に応じてノズル回転駆動部34を起動してマルチノズル25を回転させることにより、任意に調整できる。
【0034】
マルチノズル25a〜25gを用いる場合には、図17に示すように、ノズル25を回転させることによりノズル間ピッチNをN’に変えて液材16を塗布することができる。また、ワーク3の外部へ塗布する無駄な液材16を可能な限り少なくするために、ワーク3上よりノズル25が外に出たら液材16の吐出を止め、走査ヘッド部4が折り返して再度ノズル25がワーク3上に進入する直前に液材16を吐出し始めるようにしている。
或いは、X軸方向でワーク3の外周部近傍より液材16を順次吐出し始めることが望ましい。即ち、図17において、X軸方向矢印側へ走査する場合には、最下側のノズル25gよりノズル25f、ノズル25e…と順次液材16を吐出し、X軸方向反対側へ走査する場合には、最上側のノズル25aよりノズル25b、ノズル25c…と順次液材16を吐出するようにしても良い。
【0035】
また、図18(d)において、マルチノズル25は、一定のピッチでY方向にシフトしながら、X軸方向へ往復走査するようになっている。このため、図18(a)において、先に半導体ウエハ上に塗布された液材16aに対して近接するノズル25aが先頭側に配置されて塗布される場合には、各ノズルより塗布された液材16bが先に塗布された液材16aとの間に表面張力が作用して矢印方向に液材16a側へ順次引かれるため問題はない。しかしながら、図18(b)示すように、先に半導体ウエハ上に塗布された液材16aより離れたノズル25gが先頭側に配置されて塗布される場合には、ノズル25gより塗布された液材16bは表面張力が作用して先に塗布された液材16a側に引かれるが、先に塗布された液材16aと最も離れたノズル25gに挟まれた他のノズル25a〜25fより吐出された液材16bは、ノズル間隔に僅かなばらつきや塗布された液材16bの流れに乱れが生ずると、両側に分かれるように引かれて未塗布部分16cが発生するおそれがある。
そこで、図18(c)に示すように、マルチノズル25のノズル配置は、先に塗布された液材16aに近いノズル25aが先頭側となるように、折り返し動作においてノズル回転駆動部34を起動してマルチノズル25を回転させてX軸方向に往復移動することにより未塗布部分16cの発生を防ぐことができ、液材16を均一に塗布することができる。
【0036】
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明は上述した各実施例に限定されるのものではなく、例えばワーク3は半導体ウエハに限らず樹脂基板などであっても良い。また、液材16はポリイミドコーティング材やフォトレジスト材に限らず、他の樹脂材であっても良い。また、取付板9のヘッド部本体8に対する移動機構は、例えばラック及びピニオンギヤやタイミングベルト等を用いたモータ駆動やシリンダ駆動によるものなど様々な構成を採用できる。また、ワーク3の位置を固定してノズル側をX−Y−Z方向に移動する場合について説明したが、ノズル位置を固定してワーク3側をX−Y−Z方向に移動するようにしても良い。更にはマルチノズルのノズルの数は任意であるなど、法の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【0037】
【発明の効果】
本発明に係る液材塗布装置及び塗布方法を用いれば、走査ヘッド部をX軸方向へ走査させる際に、予め隙間検出部で読み込まれた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出するので、ノズル−ワーク間の隙間変動量を抑えてほぼ一定にすることができ、隣接する液材どうしの表面張力で一定の膜厚にレベリングされた被膜を形成することができる。
また、ノズルから液材を連続して一筆書き状に一定流量で吐出しながら塗布するので、比較的粘度の高い塗布材でも均一な被膜を形成できる。
また、液材塗布とワーク表面の計測とを分けて行うことにより、走査ヘッド部の走査速度に計測による制約がなくなり、被膜の厚さに応じた速度設定が行え、計測時間と塗布時間を合わせてもこれらを同時に行う場合よりも作業時間が短縮できる。
また、ヘッド部本体に対して取付板が、隙間検出部によるワーク表面の読み取り位置と液材吐出部による液材吐出位置とが一致するようにX軸方向へ移動してワークへ液材が吐出されるので、ボールねじの歪みや駆動部から走査ヘッド部へ伝わる振動などの要因もワーク表面の凹凸状態に加味して隙間検出部で計測することができ、センサの位置とノズルの位置とが同一のため、Z軸方向の変位を変える要因も1回の計測で制御量をデータ化できる。
走査ヘッド部をX軸方向へ走査する際にワーク振動機構によりワークテーブルをY軸方向に振動させながら液材吐出部より液材を吐出する場合には、塗布された液材をY軸方向へ拡散させる力が作用してより均一な塗布(レベリング)が行える。特に液材中の溶剤が室温でも蒸発する場合には、レベリング効果を確保することができる。
また、液材吐出部はマルチノズルを備えている場合にはワークへ液材を塗布する塗布時間を大幅に短縮でき、またマルチノズルを回転させることにより、固定されたノズル間ピッチを変えることができ、液材の材質やワークに形成する膜厚に応じてノズル間ピッチを微調整でき、均一な被膜を形成できる。
また、先に塗布された液材に近いノズルが先頭側となるように、マルチノズルを回転させてX軸方向へ往復走査することにより、液材の未塗布部分の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】液材塗布装置の正面図である。
【図2】液材塗布装置の上視図である。
【図3】走査ヘッド部の液材吐出部と隙間検出部の移動動作を示す説明図である。
【図4】走査ヘッド部の液材吐出部と隙間検出部の移動動作を示す説明図である。
【図5】ワーク表面の凹凸を読み込むX−Y座標平面のマトリクスを例示する説明図である。
【図6】各マトリクス中心部の高さ位置を算出する場合の説明図である。
【図7】隙間検出部の読み取り動作と読取走査経路の説明図である。
【図8】隙間検出部により読み取られた凹凸状態および振動による振れを示すノズル変位量を示すグラフ図である。
【図9】隙間コントロールを行って液材を塗布した場合のノズル−ワーク間の隙間変位量を示すグラフ図である。
【図10】隙間コントロールなしに液材を塗布した場合のノズル−ワーク間の隙間変位量を示すグラフ図である。
【図11】液材吐出動作とノズル−ワーク間の隙間との関係を示す説明図である。
【図12】走査ピッチとノズル径との関係を示す説明図である。
【図13】ワークワークテーブルの振動機構を示す説明図である。
【図14】走査ヘッド部をワーク外周部において折り返しする際の加減速により発生する膜厚の増加を防ぐための方法に関する説明図である。
【図15】シングルノズルで液材を塗布する場合の説明図である。
【図16】マルチノズルで液材を塗布する場合の説明図である。
【図17】マルチノズルのノズルピッチを変更する場合の説明図である。
【図18】マルチノズルより吐出された液材の未塗布部分を発生させないためのノズル配置を示す説明図である
【符号の説明】
1 ワーク保持機構
2 ワークテーブル
3 ワーク
4 走査ヘッド部
5 ノズル
6 液材吐出部
7 隙間検出部
8 ヘッド部本体
9 取付板
10 X軸ボールねじ
11 Y軸ボールねじ
12 Y軸移動体
13 Z軸ボールねじ
14 Z軸駆動部
15 ヘッド部移動機構
16、16a、16b 液材
16c 未塗布部分
17 液玉
18 基台
19 振動装置
20 スライドレール
21 直動ガイド
22 ダミーテーブル
23 スクレーパー
24 シングルノズル
25 マルチノズル
26 X軸駆動部
27 Y軸駆動部
28 X軸ガイドレール
29 X軸リニアガイド
30 Y軸ガイドフレーム
31 Y軸リニアガイド
32 Y軸ガイドレール
33 Y軸ベース部
34 ノズル回転駆動部
35a 従動プーリ
35b 駆動プーリ
36 ベルト
37 レール部
38 ガイド部
40 X軸移動体

Claims (10)

  1. ワークを保持するワーク保持機構と、
    前記ワーク保持機構に保持されたワーク上に液材を吐出するノズルを備えた液材吐出部と、前記ワーク表面とノズルとの隙間情報を読み取る隙間検出部とを備えた走査ヘッド部と、
    前記走査ヘッド部をワーク上でX−Y方向に交互に走査させ、前記液材吐出部よりワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復動させるヘッド部移動機構とを具備し、
    前記走査ヘッド部をX軸方向へ走査させる際に予め隙間検出部で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出することを特徴とする液材塗布装置。
  2. 前記隙間検出部は、ワーク表面を含むX−Y座標平面においてマトリクスを形成する交点のZ軸方向の高さ位置を計測し、各マトリクス毎に当該マトリクスを形成する交点のX−Y方向の傾斜成分を考慮してマトリクス中心部の高さ位置を算出してノズルの隙間情報として記憶しておき、該各マトリクスの隙間情報に基づいて、液材吐出部はワーク表面からノズルまでの隙間を調整しながら液材を吐出することを特徴とする請求項1記載の液材塗布装置。
  3. 前記液材吐出部と隙間検出部とがヘッド部本体の取付板に一体に取り付けられ、該取付板は隙間検出部によるワーク表面の読み取り位置と液材吐出部による液材吐出位置とが一致するように前記ヘッド部本体に対してスライド可能に設けられている特徴とする請求項1又は2記載の液材塗布装置。
  4. 前記ワーク保持機構は、基台上にワークを吸着保持可能なワークテーブルを可動に具備し、前記走査ヘッド部をX軸方向へ走査する際にワーク振動機構により前記ワークテーブルをY軸方向に振動させながら前記液材吐出部より液材を吐出することを特徴とする請求項1、2又は3記載の液材塗布装置。
  5. 前記ワークの外周より外側に、液材吐出部がX軸方向へ折り返し移動する際に吐出された液材を受けるダミーテーブルが設けられていることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の液材塗布装置。
  6. 前記走査ヘッド部はワークの外形を超えて走査され、該走査ヘッド部をX軸方向へ折り返す際に、液材吐出部より液材を吐出させながらワークの周面エッジ部で一旦液材を切ってから再度ワーク上に吐出することを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の液材塗布装置。
  7. 前記ワーク保持機構には、ワークを吸着保持するワークテーブルの外周面に沿ってスクレーパーが突出して設けられており、走査ヘッド部はワークの外形を超えて走査され、X軸方向へ折り返す際に液材吐出部より吐出した液材を前記スクレーパーで一旦切ってから再度ワーク上に吐出することを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の液材塗布装置。
  8. 前記液材吐出部はマルチノズルを備えており、該マルチノズルを回転させることによりノズル間ピッチを変えて液材を塗布できるようになっていることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の液材塗布装置。
  9. 前記マルチノズルのノズル配置は、先に塗布された液材に近いノズルが先頭側となるように、折り返し動作においてノズルを回転させてX軸方向に往復走査させることを特徴とする請求項8記載の液材塗布装置。
  10. ワークをワークテーブルに保持し、走査ヘッド部をワーク上でX−Y方向に交互に走査させ、隙間検出部によりワークの外形を含むX−Y座標平面の各マトリクス毎に当該マトリクスを形成する交点におけるZ軸方向の高さ位置を計測し、マトリクス中心部の高さ位置を算出して隙間情報として記憶しておく工程と、
    前記走査ヘッド部をワーク上でX−Y方向に交互に走査させ、ワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復動させる塗布工程とを有し、
    前記走査ヘッド部をX軸方向へ走査させる際に、予め隙間検出部で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出することを特徴とする液材塗布方法。
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