JP2006198486A - スピンコート装置 - Google Patents

Abstract

【課題】むらの発生を抑制しつつ、成膜時間を短縮することができるスピンコート装置を提供する。
【解決手段】スピンコート装置１０は、円板状の基板１２を略水平な状態で保持して回転駆動するための回転駆動部１４と、細長いスリット状の吐出口１６を有し、該吐出口１６が基板１２の中心側から外周側に延在するように配置されて該吐出口１６から基板１２の上に流動性材料１８を吐出するように構成されたノズル部２０と、基板１２を回転駆動しつつノズル部２０から流動性材料１８を吐出することにより基板１２の全周に流動性材料１８を塗布し、その後、基板１２の回転速度を上昇させて基板１２を更に回転駆動することにより流動性材料１８を所定の膜厚に成形しつつ乾燥させるように、回転駆動部１４及びノズル部２０を制御可能である制御部２２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光記録媒体の記録層等の成膜に用いられるスピンコート装置に関する。

情報記録媒体としてＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光記録媒体が広く利用されている。更に、近年、照射光として青色又は青紫色のレーザ光を用いることで、一層高密度で大容量の情報を記録可能とした光記録媒体が普及しつつある。

このような光記録媒体は、データの追記や書き換えができないＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）型、データを１回だけ追記できるＲ（Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）型、データの書き換えができるＲＷ（Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ）型に大別される。

Ｒ型の光記録媒体の記録層の材料としては、レーザ光が照射されることにより光学特性が変化する有機色素が広く用いられている。光記録媒体の基板上に有機色素を成膜する手法として、スピンコート法が利用されている。

又、照射光として青色又は青紫色のレーザ光を用いる光記録媒体には、基板よりも薄い０．１ｍｍ程度のカバー層が形成されるものがあり、このような薄いカバー層を成膜するためにスピンコート法が利用されることもある。

又、光記録媒体のカバー層の上には更に保護層が形成されることがあり、このような保護層を形成するためにスピンコート法が利用されることもある。

スピンコート装置は、円板状の基板を略水平な状態で保持して回転駆動するための回転駆動部と、筒状のノズル部と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。溶剤中に溶解した液状の有機色素等の流動性材料をノズル部から基板の中心近傍に所定量吐出して基板を回転駆動すると、流動性材料は遠心力で外周側に流動して基板上に塗り広げられる。流動性材料の粘度、流動性材料の単位時間あたりの吐出量、基板の回転速度等を適宜調整することで、むらが抑制された良好な成膜を実現することができる（例えば、特許文献２参照）。尚、流動性材料の粘度が比較的低い場合には、径方向の膜厚のむらを抑制するため、ノズル部を径方向に移動させながら流動性材料を吐出することもある。

一方、光記録媒体は生産効率の向上が強く要望されており、このようなスピンコート法を用いる成膜工程についても、成膜時間の短縮が求められている。

これに対し、ノズル部から吐出する流動性材料の単位時間当たりの吐出量を増加することにより、成膜時間を短縮しうる。

特開平５―１１５８２７号公報 特開２００２―４５７６９号公報

しかしながら、流動性材料の単位時間当たりの吐出量を増加させると、膜の表面に例えば放射状の模様のようなむらが生じるという問題がある。流動性材料の単位時間当たりの吐出量が一定以上となると、基板の回転速度等の条件を調整しても、このようなむらの発生を抑制することは困難である。又、流動性材料の単位時間当たりの吐出量を増加させると、吐出された流動性材料が基板上で跳ね返って周囲に飛散することがあり、乾燥した流動性材料の膜の上に飛散した流動性材料が付着することで膜厚にむらが生じることもある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、むらの発生を抑制しつつ、成膜時間を短縮することができるスピンコート装置を提供することを目的とする。

本発明は、細長いスリット状の吐出口を有し、該吐出口が基板の中心側から外周側に延在するように配置されて該吐出口から基板の上に流動性材料を吐出するように構成されたノズル部と、基板を回転駆動しつつ前記ノズル部から前記流動性材料を吐出することにより前記基板の全周に前記流動性材料を塗布し、その後、前記基板の回転速度を上昇させて該基板を更に回転駆動することにより前記流動性材料を所定の膜厚に成形しつつ乾燥させるように、回転駆動部及びノズル部を制御可能である制御部と、を備えるスピンコート装置により、上記目的を達成するものである。

基板を回転駆動しつつ、スリット状の吐出口が基板の中心側から外周側に延在する状態で吐出口から流動性材料を基板の全周に吐出することにより、基板の塗布領域のほぼ全面に流動性材料を塗布できる。即ち、流動性材料の吐出と、基板の塗布領域への流動性材料の塗布と、がほぼ同時に行われる。従って、筒状のノズル部から流動性材料を吐出した後、遠心力により流動性材料を径方向外側に流動させて次第に薄くして基板の塗布領域の全面に塗布していく従来のスピンコート装置よりも短時間で流動性材料の塗布が完了する。

尚、従来のスピンコート装置のうち、ノズル部を径方向に移動させながら流動性材料を吐出して塗布するタイプの場合は、流動性材料の吐出と、基板の塗布領域への流動性材料の塗布と、が同時に進行するが、ノズル部の移動時間が必要であることに加え、螺旋状のむらが生じることを防止するために、基板を多数回、回転させる時間も必要である。これに対し、本発明のスピンコート装置は、ノズル部のスリット状の吐出口が基板の中心側から外周側に延在するので、径方向の膜厚のむらを抑制するためにノズル部を移動させる必要がなく、このようなタイプの従来のスピンコート装置に対しても、短時間で流動性材料の塗布が完了する。

又、流動性材料の吐出と、基板の塗布領域への流動性材料の塗布と、がほぼ同時に行われ、初めから最終的な膜厚に近い膜厚で流動性材料を吐出、塗布できるので、流動する余剰の流動性材料の量をそれだけ低減でき、筒状のノズル部から流動性材料を最終的な膜厚よりも著しく厚く吐出し、その後、遠心力で径方向外側に流動させて次第に薄くしていく従来のスピンコート装置よりも短時間で流動性材料を所定の膜厚に成形し、乾燥させることができる。

即ち、以下の発明により上記目的を達成できる。

（１）円板状の基板を略水平な状態で保持して回転駆動するための回転駆動部と、細長いスリット状の吐出口を有し、該吐出口が前記基板の中心側から外周側に延在するように配置されて該吐出口から前記基板の上に流動性材料を吐出するように構成されたノズル部と、前記基板を回転駆動しつつ前記ノズル部から前記流動性材料を吐出することにより前記基板の全周に前記流動性材料を塗布し、その後、前記基板の回転速度を上昇させて該基板を更に回転駆動することにより前記流動性材料を所定の膜厚に成形しつつ乾燥させるように、前記回転駆動部及び前記ノズル部を制御可能である制御部と、を備えることを特徴とするスピンコート装置。

（２） （１）において、前記回転駆動部は、直径が約１２０ｍｍの基板を保持可能であり、前記ノズル部は、前記吐出口の隙間が０．０５〜０．１５ｍｍであり、前記制御部は、時間をｔ（ｓｅｃ）、回転速度をＳ（ｒｐｍ）として、０．５≦ｔ≦３の間、０＜Ｓ≦６００の範囲で前記基板を回転駆動しつつ前記ノズル部から前記流動性材料を吐出して前記基板の全周に流動性材料を塗布し、その後、３≦ｔ≦８の間、前記基板の回転速度を２０００≦Ｓ≦５５００の範囲まで上昇させて該基板を更に回転駆動するように、前記回転駆動部及び前記ノズル部を制御可能であることを特徴とするスピンコート装置。

（３） （１）又は（２）において、前記ノズル部が複数備えられ、前記基板の周方向の位相が異なる複数の位置において該基板の上に流動性材料を吐出するように構成されたことを特徴とするスピンコート装置。

本発明によれば、むらの発生を抑制しつつ、流動性材料の成膜時間を短縮することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２に示されるように、本発明の第１実施形態に係るスピンコート装置１０は、円板状の基板１２を略水平な状態で保持して回転駆動するための回転駆動部１４と、細長いスリット状の吐出口１６を有し、該吐出口１６が基板１２の中心側から外周側に延在するように配置されて該吐出口１６から基板１２の上に流動性材料１８を吐出するように構成されたノズル部２０と、基板１２を回転駆動しつつノズル部２０から流動性材料１８を吐出することにより基板１２の全周に流動性材料１８を塗布し、その後、基板１２の回転速度を上昇させて基板１２を更に回転駆動することにより流動性材料１８を所定の膜厚に成形しつつ乾燥させるように、回転駆動部１４及びノズル部２０を制御可能である制御部２２と、を備えている。

基板１２は、光記録媒体の基板であり、直径が約１２０ｍｍ、厚さが０．６〜１．２ｍｍで、内径が約１５ｍｍの中心孔１２Ａが形成されている。尚、基板１２において流動性材料１８が塗布される領域は、内径が中心孔１２Ａの内径よりも若干大きい領域であり、中心孔１２Ａの周囲には流動性材料１８は塗布されない。又、基板１２は、情報伝達のためのグルーブ等の凹凸パターン（図示省略）が片面又は両面に形成されている。この凹凸パターンが形成された面には必要に応じて反射層等が予め成膜される。基板１２は、この凹凸パターンが形成された面が上向きになるように回転駆動部１４に保持されている。

回転駆動部１４は、中心孔１２Ａにおいて基板１２に嵌合し、基板１２を着脱自在に保持している。回転駆動部１４は、基板１２に嵌合する部分が垂直な軸周りに回転することにより、基板１２を回転駆動するようになっている。

流動性材料１８は、有機色素を溶剤に溶解させた、Ｒタイプの光記録媒体の記録層の原料である。流動性材料１８の粘度は約１０ｃｐである。

ノズル部２０は、図示しない移送機構に取付けられており、移動自在とされている。吐出口１６は、ノズル部２０の下端に設けられている。吐出口１６は、断面が略長方形で、（長辺の）長さは、基板１２において流動性材料１８が塗布される領域の径方向の幅とほぼ等しい。一方、吐出口１６の（短辺の）隙間は、約０．０５〜０．１５ｍｍ程度である。ノズル部２０の下端と、基板１２の上面と、の上下方向の隙間は、０．０５〜０．２ｍｍ程度であることが好ましい。

ノズル部２０の具体的な構造例としては、例えば、吐出口１６の隙間方向両側に分割される前側部材、後側部材、及びこれらに挟まれ、下方に開口する略コ字形状のシム部材、を組み付けた構造を挙げることができる。この場合、シム部材の厚さが吐出口１６の隙間に相当し、シム部材の開口部の幅が、吐出口１６の長さに相当する。

制御部２２は、具体的には、コントローラ、マイクロコンピュータ等のコンピュータであり、回転駆動部１４、ノズル部２０等に結線されている。制御部２２には、時間をｔ（ｓｅｃ）、回転速度をＳ（ｒｐｍ）として、０．５≦ｔ≦３の間、０＜Ｓ≦６００の範囲で基板１２を回転駆動しつつノズル部２０から流動性材料１８を吐出して基板１２の全周に流動性材料１８を塗布し、その後、３≦ｔ≦８の間、基板１２の回転速度を２０００≦Ｓ≦５５００の範囲まで上昇させて該基板１２を更に回転駆動するように、回転駆動部１４及びノズル部２０を制御可能であるプログラムが組み込まれている。

次に、スピンコート装置１０を用いた流動性材料１８の成膜方法について説明する。

まず、基板１２の凹凸パターンが形成された面が上を向くように基板１２を回転駆動部１４に保持する。

次に、吐出口１６の長さ方向の端部が、基板１２における流動性材料１８の塗布対象領域の径方向の端部の上方近傍に位置し、吐出口１６が基板１２の上面に接近するように、ノズル部２０を移動させる。この際、吐出口１６の長手方向が、基板１２の半径方向に沿うようにノズル部２０を配置する。又、ノズル部２０の下端と、基板１２の上面と、の上下方向の隙間が、０．０５〜０．２ｍｍ程度となるようにノズル部２０の上下方向の位置を定める。

次に、図３に示されるように、ｔ(０．５≦ｔ≦３)ｓｅｃの間、Ｓ（０＜Ｓ≦６００）ｒｐｍで基板１２を回転駆動しつつノズル部２０から流動性材料１８を吐出して基板１２の全周に流動性材料１８を塗布する。尚、流動性材料１８を基板１２の全周に吐出するには、流動性材料１８の吐出を開始してから、基板１２が１周以上回転するまで流動性材料１８の吐出を継続すればよいが、流動性材料１８を基板１２の全周に確実に吐出するためには、流動性材料１８の吐出を開始してから、基板１２が２周以上回転するまで、流動性材料１８の吐出を継続することが好ましい。これにより、流動性材料１８は、基板１２の塗布領域のほぼ全面に塗布される。即ち、流動性材料１８の吐出と、基板１２の塗布領域への流動性材料１８の塗布と、がほぼ同時に完了する。

尚、ノズル部２０の下端と、基板１２の上面と、の上下方向の隙間が、吐出口１６の隙間と同程度となるようにノズル部２０の上下方向の位置を定めて流動性材料１８を吐出しているので、流動性材料１８の液だれや飛散が抑制され、むらの発生が抑制される。

次に、ｔ（３≦ｔ≦８）ｓｅｃの間、基板１２の回転速度をＳ（２０００≦Ｓ≦５５００）ｒｐｍまで上昇させて該基板１２を更に回転駆動する。これにより流動性材料１８は、遠心力により径方向外側に流動して膜厚が薄くなり、所定の膜厚に成形されると共に溶剤が揮発して乾燥する。流動性材料１８の吐出及び塗布がほぼ同時に行われ、初めから最終的な膜厚に近い膜厚で流動性材料１８を吐出、塗布できるので、流動する余剰の流動性材料１８の量をそれだけ低減でき、流動性材料１８は、短時間で所定の膜厚に成形され、乾燥する。

このように、基板１２を回転駆動しつつ、スリット状の吐出口１６から流動性材料１８を基板１２の全周に吐出することにより、基板１２の塗布領域の全面に流動性材料１８を短時間で塗布し、更に、短時間で所定の膜厚に成形して乾燥でき、むらの発生を抑制しつつ従来のスピンコート装置よりも、短時間で成膜を完了することができる。

尚、本第１実施形態において、吐出口１６の長さは、基板１２において流動性材料１８が塗布される領域の径方向の幅とほぼ等しいが、吐出口１６の長さが、基板１２において流動性材料１８が塗布される領域の径方向の幅よりも若干短い場合も、基板の中心近傍だけに流動性材料を吐出する従来のスピンコートの手法よりも短時間で基板１２の塗布領域の全面に流動性材料１８を塗布することができるので、成膜時間を短縮する効果が得られる。

又、本第１実施形態において、流動性材料１８として、有機色素を溶剤に溶解させた、Ｒタイプの光記録媒体の記録層の原料を基板１２に塗布する例を示しているが、光記録媒体の他の層や、光記録媒体以外の分野の成膜工程についても本発明を適用することで、成膜時間の短縮を図ることができる。

又、本第１実施形態において、スピンコート装置１０は、ノズル部２０を１個だけ備えているが、図４に示される、本発明の第２実施形態のようにノズル部２０を複数備え、基板１２の周方向の位相が異なる複数の位置において基板１２の上に流動性材料１８を吐出してもよい。

このようにすることで、流動性材料１８を吐出、塗布する時間を更に短縮することができる。尚、図４は、２個のノズル部２０を１８０°異なる位相で配置した例を示しているが、例えば、３個のノズル部２０を１２０°異なる位相で配置してもよく、４個のノズル部２０を９０°異なる位相で配置してもよい。

上記第１実施形態のとおり、スピンコート装置１０を用いて、直径が１２０ｍｍの１０枚の基板１２の上に流動性材料１８を塗布した。尚、流動性材料１８は、上記実施形態のとおり、Ｒタイプの記録層の材料である有機色素であり、粘度は約１０ｃｐだった。

まず、ｔ（１≦ｔ≦２）ｓｅｃの間、Ｓ（６０≦Ｓ≦１２０）ｒｐｍで基板１２を回転駆動しつつノズル部２０から流動性材料１８を吐出して基板１２の全周に流動性材料１８を塗布した。

次に、ｔ（６≦ｔ≦８）ｓｅｃの間、基板１２の回転速度を約３０００ｒｐｍまで上昇させて該基板１２を更に回転駆動し、流動性材料１８を径方向外側に流動させて所定の膜厚に成形すると共に乾燥させた。

各工程に要した時間を表１に示す。又、１０枚の基板１２の平均的な回転速度の経時的な変化を図５中に符号Ａを付した線で示す。

［比較例］
筒状のノズル部を径方向に移動させながら流動性材料を基板の上に吐出するタイプの従来のスピンコート装置を用いて、基板１２の上に流動性材料１８を塗布した。尚、基板１２、流動性材料１８の仕様は、実施例と同じである。尚、流動性材料の単位時間あたりの吐出量、基板の回転速度等の条件は、膜厚分布を所望のレベルに抑制でき、且つ、加工時間を最短にできる、経験により得られていた最適と考えられる条件に設定した。

各工程に要した時間を表１に併記する。又、１０枚の基板１２の平均的な回転速度の経時的な変化を図５中に符号Ｂを付した線で示す。

表１に示されるように、実施例は比較例に対し、成膜に要した時間が１７〜４７％短かった。

又、実施例の１０枚の基板１２に成膜された記録層の膜厚分布と、比較例の１０枚の基板１２に成膜された記録層の膜厚分布と、はほぼ同じであった。

即ち、スピンコート装置１０によれば、従来のスピンコート装置に対し、所望の品質を維持しつつ、成膜時間を大幅に短縮できることが確認された。

本発明は、光記録媒体の記録層等の成膜に利用できる。

本発明の第１実施形態に係るスピンコート装置の主要部の概略構造を模式的に示す側面図 同スピンコート装置のノズル部の吐出口周辺の構造を模式的に示す底面図 同スピンコート装置による基板上への流動性材料の吐出を示す平面図 本発明の第２実施形態に係るスピンコート装置の主要部の概略構造を模式的に示す平面図 本発明の実施例及び比較例における基板の回転速度の経時的な変化を示すグラフ

符号の説明

１０…スピンコート装置
１２…基板
１４…回転駆動部
１６…吐出口
１８…流動性材料
２０…ノズル部
２２…制御部

Claims (3)

1. 円板状の基板を略水平な状態で保持して回転駆動するための回転駆動部と、細長いスリット状の吐出口を有し、該吐出口が前記基板の中心側から外周側に延在するように配置されて該吐出口から前記基板の上に流動性材料を吐出するように構成されたノズル部と、前記基板を回転駆動しつつ前記ノズル部から前記流動性材料を吐出することにより前記基板の全周に前記流動性材料を塗布し、その後、前記基板の回転速度を上昇させて該基板を更に回転駆動することにより前記流動性材料を所定の膜厚に成形しつつ乾燥させるように、前記回転駆動部及び前記ノズル部を制御可能である制御部と、を備えることを特徴とするスピンコート装置。
2. 請求項１において、
   前記回転駆動部は、直径が約１２０ｍｍの基板を保持可能であり、前記ノズル部は、前記吐出口の隙間が０．０５〜０．１５ｍｍであり、前記制御部は、時間をｔ（ｓｅｃ）、回転速度をＳ（ｒｐｍ）として、０．５≦ｔ≦３の間、０＜Ｓ≦６００の範囲で前記基板を回転駆動しつつ前記ノズル部から前記流動性材料を吐出して前記基板の全周に流動性材料を塗布し、その後、３≦ｔ≦８の間、前記基板の回転速度を２０００≦Ｓ≦５５００の範囲まで上昇させて該基板を更に回転駆動するように、前記回転駆動部及び前記ノズル部を制御可能であることを特徴とするスピンコート装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記ノズル部が複数備えられ、前記基板の周方向の位相が異なる複数の位置において該基板の上に流動性材料を吐出するように構成されたことを特徴とするスピンコート装置。

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