JP2004237157A - 回転塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録膜材料のスピンアウトによるロスを低減させ、膜厚の制御性を向上させることが可能な回転塗布装置を提供する。
【解決手段】円盤状基板の円周または半径方向に塗布タイミング、塗布時間等の制御機構が独立するノズルを複数設け、各ノズルに溶液を送る溶液供給タンクは各ノズルごとに別々であり、各溶液タンクの溶液濃度と溶液を圧送する液圧を個別設定可能にすることで、円盤状基板の回転数に合わせて異なる濃度の溶液を塗布タイミング、塗布濃度、塗布位置を変えて溶液塗布が可能であるため、目的の膜厚を得るための制御性が向上し、膜形成に必要な溶液を適量塗布することが可能である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤに代表される光ディスク基板上に、色素溶液、紫外線硬化樹脂などの塗料をスピンコート法により塗布し、該塗布溶液で基板上に膜形成する回転塗布装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスピンコート法を図６に示す。光ディスク基板６２を低速回転させた状態で、塗布ノズル６１より塗布溶液６３を塗布する。一定量の塗布溶液を塗布した後、基板を高速回転させ、基板上に塗布溶液を展延するというものである（特許文献１）。
【０００３】
また、複数個のノズルを用いた回転塗布装置として、円盤状基板上の半径方向に複数個のノズルを設けることにより、低速回転でより均一な膜厚が形成可能であり、スピン時間の短縮化が可能であるというものがある（特許文献２）。
【０００４】
更に、追記録型光ディスクの生産では、基板の信号記録部分がない最外周部分（半径５８〜６０ｍｍ）についた色素を洗浄する洗浄工程がある。従来の洗浄工程を図７に示した。スピンコート法にて記録膜６５を形成した光ディスク基板６４を５００〜３５００ｒｐｍで回転させた状態で、洗浄用ノズル６６と洗浄用ノズル６７より洗浄液６９（例えばイソプロピルアルコール）を塗布する。その後５〜２０秒で洗浄工程は完了し、洗浄工程後の基板外周部には記録膜６５が存在しなくなる。
【０００５】
塗布溶液を吸引し、回収する方法として、溶液回収機構を設けることで、塗膜形成と塗膜洗浄を同一装置内で実施可能であり、色素溶液と洗浄液が別々に回収可能であるというものがある（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３３９７８３号公報
【特許文献２】
特開平５−２６９４２５号公報
【特許文献３】
特開平１１−２５０５１１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスピンコート法では、塗布溶液、回転速度、回転時間等の制御因子を最適化することによって、基板上へ溶液を展延させ、目的の膜厚を制御していた。このようなスピンコート法では、遠心力を用いて塗布溶液を基板上へ広げるため、塗布溶液の多くは基板の外へスピンアウトしてしまい材料ロスが大きく、また、スピンアウト量を減らすために塗布量を減らすと膜厚の制御性が難しい。
【０００８】
また、従来方法では、基板を回転させた状態で溶液を塗布することによって、溶液を塗布している間にも、溶液が基板外周へ移動してしまうため、塗布バラツキが生じてしまうことになる。
【０００９】
また、例えば特許文献２に記載された発明は、塗布用ノズルを円盤状基板の半径方向に増やすことによって、塗布時の膜厚の均一性を向上させ、回転速度と回転時間を短縮しているが、各ノズルは異なる半径方向に取り付けられているため、各ノズルの単位面積当たりの塗布量（ｇ／ｍｍ^２）は異なる（外周の方は塗布面積が大きい）ため、溶液塗布時の均一性には課題があった。また、液温の異なる塗布溶液を異なるノズルから塗布することによって膜厚の制御性を向上させているが、異なる液温の溶液は同一の液圧にて塗布しているため、温度制御のみで膜厚制御を実施するのは困難である。さらに、各々のノズルより塗布する溶液温度を変えてしまうと、スピン中の溶液粘度、溶液の発揮スピードが変化してしまうため、スピン時の膜制御性が失われてしまうという課題があった。
【００１０】
更に、特許文献３に記載された発明では、洗浄用溶液の回収機構をスピンコート装置に搭載することで、同一装置内で記録膜形成と記録膜洗浄を可能としているが、洗浄液を使用する洗浄工程をなくすことは難しいと考える。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するものであり、記録膜材料のスピンアウトによるロスを低減し、膜厚の制御性を向上させることが可能な回転塗布装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円盤状基板の円周または半径方向に塗布タイミング、塗布時間等の制御機構が独立しているノズルを複数設け、各ノズルに溶液を送る溶液供給タンクは各ノズルごとに別々であり、各溶液タンクの溶液濃度と溶液を圧送する液圧を個別設定可能にすることで、円盤状基板の回転数に合わせて異なる濃度の溶液を塗布タイミング、塗布濃度、塗布位置を変えて溶液塗布が可能であるため、目的の膜厚を得るための制御性が向上し、膜形成に必要な溶液を適量塗布することが可能となる。
【００１３】
また、ノズルは、円盤状基板上の任意半径、任意の回転速度で回転移動が可能であり、基板を回転させずに溶液塗布が可能であるため、溶液塗布時に塗布バラツキの原因となる溶液移動は起こらない。
【００１４】
また、吸引ノズルを設けることで、円盤状基板上で展延中の溶液を回収可能である。円盤状基板の任意の外周部分で溶液を吸引することで、過剰溶液の回収が可能であるのと同時に、円盤状基板の外周部分の未塗布部分をつくることが可能であるため、追記録型光ディスクの生産で洗浄工程が不要となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１及び図２に複数ノズルを有する回転塗布装置の実施形態を示す。
【００１６】
図１及び図２において、直径５０〜１２０ｍｍ、厚さ０．１〜１．２ｍｍの円盤状の光ディスク基板２を記録面が上向きになるように回転ステージ１に配置する。回転ステージ１には、基板の中心孔をガイドする案内ピン２１が配置され、回転中の基板を保持するための吸引溝２２が設けられている。
【００１７】
このとき、光ディスク基板２を回転速度６０〜２００ｒｐｍで回転させた状態で、光ディスク基板２の半径２３ｍｍ、１８０°間隔で円周方向に配置された塗布ノズル３、塗布ノズル４より色素溶液１０を０．１〜１．０ｇ塗布する。色素溶液１０は、アルコール（例えばテトラフルオロプロパノール）に色素（例えばジアゾ系、シアニン系）を溶かしたものであり、色素重量濃度０．０３〜３．０ｗｔ％としたものであり、溶液供給タンク１２、溶液供給タンク１３にチューブ７を通して圧送される。溶液圧はレギュレータ８で制御される。塗布ノズル３、塗布ノズル４からの溶液塗布終了０．５〜１０秒後（色素溶液１０が光ディスク基板２の半径３０〜５０ｍｍにある状態の時）に、光ディスク基板２の半径３０〜５０ｍｍ、１８０°間隔で円周方向に配置された塗布ノズル５、塗布ノズル６より色素溶液１１を０．１〜１．０ｇ塗布する。
【００１８】
ここで、色素溶液１１の濃度は色素溶液１０との相対濃度比０．１〜５倍となるように設定する。色素溶液１１は溶液供給タンク１４、溶液供給タンク１５から塗布ノズル５、塗布ノズル６へ圧送され、塗布される。
【００１９】
塗布ノズル５と塗布ノズル６の塗布時は、光ディスク基板２の回転速度は６０〜２００ｒｐｍであり、色素溶液１０と色素溶液１１は光ディスク基板２上で重なり合っての最外周（半径６０ｍｍ）まで達する。その後、色素溶液の溶媒を乾燥させるために、回転速度５００〜３５００ｒｐｍで３〜２０秒間回転させてスピンコートによる膜形成を完了する。
【００２０】
また、円周方向におけるノズルの個数は、等間隔に配置可能であればよく、例えば円周方向の６０°間隔で６個、９０°間隔で４個であっても可能である。
【００２１】
また、半径方向におけるノズルの個数についても、個数、配置は不問である。
【００２２】
また、ノズルはＸ、Ｙ、Ｚ方向の移動が可能であり、塗布時に所定の塗布位置に設定可能であれば実施可能である。
【００２３】
更に、本実施例では溶液塗布装置として塗布ノズルを挙げたが、溶液供給部分が溶液塗布可能な複数の吐出口ごとに分かれていれば、インクジェットノズル等でも実施可能である。
【００２４】
（実施の形態２）
図３は実施の形態１の塗布ノズルと制御機構の模式図を示す。
【００２５】
図３において、塗布ノズル３１の先端には内径φ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、長さ５〜２０ｍｍのニードル３２を有している。塗布ノズル３１はチューブ３７（テフロン（登録商標）製：内径φ２〜６ｍｍ）で溶液供給タンク３４（例えば材質はステンレス製であり、その容積は５００ｍＬ〜２０Ｌ）につながっている。溶液供給タンク３４より各ノズルへ圧送される溶液量はレギュレータ３５で０．０１〜０．２ＭＰａで制御可能である。
【００２６】
ノズル３１内にはエアー圧で上下可動が可能なシリンダ３３がある。コントローラ３８でエアー圧を送るタイミング、塗布時間（例えば０．１〜３０秒）、シリンダ押し上げ量（例えばエアー圧は０．０１〜０．５ＭＰａ）を調整することが可能である。
【００２７】
例えば、ニードル３２は内径φ０．２６ｍｍ（長さ１２ｍｍ）、レギュレータ３５を０．１５ＭＰａ、チューブ３７の内径φ３ｍｍ、溶液タンク３４の容量３．５Ｌで、コントローラ３８の塗布時間１．５秒、シリンダ押し上げ量０．２８ＭＰａにすることで、塗布量０．４ｇ（溶液の比重は１．５とする）となる。
【００２８】
（実施の形態３）
図４は円周方向に移動可能なノズルの模式図を示す。
【００２９】
図４において、塗布ノズル４１は、ネジ等で固定部４６に固定されており固定部４６が取り付けられている円板４２は回転軸４３を中心に回転する。モータ等で回転軸４３を５〜５００ｒｐｍで回転させた状態で、塗布ノズル４１から溶液塗布することで、基板上に円状に溶液塗布が可能である。溶液塗布後の基板は図２に示すような回転ステージ上で５００〜３５００ｒｐｍで５〜２０秒間回転させることで、膜形成が可能である。チューブ４５は溶液用、チューブ４４はシリンダ駆動用であり、円板４２の内部を通って溶液供給タンク、エアー供給部と連結している。
【００３０】
また、本実施例では塗布ノズルが円板に固定している状態で示したが、円板４３上の半径方向にガイド等で移動可能の場合であっても実施可能である。
【００３１】
（実施の形態４）
図５は吸引ノズルの断面図を示す。
【００３２】
図５において、吸引ノズル５１の先端にはニードル５５（内径φ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、長さ５〜２０ｍｍ）が取り付けられている。吸引ノズル５１はトラップ５２を介し真空ポンプへとつながっている。トラップ５２は吸引ノズル５１より吸引した溶液が真空ポンプ内への流れ込みを防ぐ役割をしている。
【００３３】
例えば、スピンコート法を用いた色素溶液塗布において、光ディスク基板５３を１８０ｒｐｍで回転させた状態で、半径２３ｍｍの位置へ色素溶液を０．３ｇ塗布する。半径２３ｍｍに塗布された色素溶液は、真円を描きながら外周へと広がる。色素溶液は、溶液塗布後５〜１０秒程度で半径６０ｍｍ（最外周）まで広がってしまうため、それよりも早いタイミング（例えば、塗布終了後２〜３秒後）で吸引ノズル５１を光ディスク基板５３の半径５８ｍｍ、基板とニードルとの距離０．５〜３ｍｍの位置まで移動させる。
【００３４】
半径５８ｍｍのところまで広がってきた移動中色素溶液５７は吸引ノズル５１に吸引される。吸引された色素溶液５７は溶液回収タンク５２の底に回収溶液５４として溜まる。移動中色素溶液５７を回収された光ディスク基板５３は、基板上に移動可能な溶液が残らなくなるため、その後のスピン条件によらず半径５８ｍｍより外周部分に未塗布部分を有した状態でスピンコートによる膜形成を完了する。
【００３５】
また、本実施の形態では吸引ノズルが１個の例で示したが、吸引ノズルを複数設置しても実施可能である。また、吸引ノズルは特定の位置に固定、または移動可能な場合も実施可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明回転塗布装置によると、少量の塗布溶液で膜厚の制御性を向上させることができるうえに追記録型光ディスクの洗浄工程が不要とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示す側面図
【図２】本発明の実施の形態１を示す模式図
【図３】本発明の実施の形態２を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態３を示す模式図
【図５】本発明の実施の形態４を示す断面図
【図６】従来のスピンコート法を示す模式図
【図７】従来の洗浄工程を示す断面図
【符号の説明】
１ 回転ステージ
２ 光ディスク基板
３、４、５、６ 塗布ノズル
７ チューブ
８ レギュレータ
１０、１１ 色素溶液
１２、１３、１４、１５ 溶液供給タンク

Claims (5)

1. 円盤状基板に塗料をスピンコート法によって塗布する回転塗布装置において、塗布用ノズルが前記円盤状基板の円周方向もしくは半径方向に複数個配置され、各ノズルは前記円盤状基板上で円周方向に移動可能であり、前記円盤状基板上の塗料を回収する吸引ノズルを有すことを特徴とする回転塗布装置。
2. 塗料は、色素を溶媒で溶解させた色素溶液であり、円盤状基板上に前記色素溶液で記録膜を形成することを特徴とする請求項１記載の回転塗布装置。
3. 複数個のノズルは、各々が異なる溶液供給タンクにつながっており、溶液濃度、溶液圧力、塗布時間、ノズル径を個別に設定可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転塗布装置。
4. ノズルは円盤状基板上を任意の半径で回転移動し、回転速度は１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転塗布装置。
5. 吸引ノズルは円盤状基板上を移動可能であり、スピン中の前記円盤状基板上の塗料を任意のポイントで吸引し、前記円盤状基板の外周部分に未塗布部分を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の回転塗布装置。

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