JP2006198487A - 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、基板１２の上に流動性材料１６を吐出するためのノズル部１８と、回転駆動部１４を収容し、且つ、回転駆動部１４の上方に基板１２の搬入／搬出のための上部開口２０が設けられたケーシング２２と、回転駆動部１４の周囲の雰囲気を下方に吸引してケーシング２２の外部に排気するための排気機構２４と、ケーシング２２の上部開口２０を部分的に遮蔽することにより、回転駆動部１４の上方に該回転駆動部１４の中心軸に対し対称的な形状の吸気孔２６を形成可能であり、且つ、該吸気孔２６を径方向に拡大／縮小自在である遮蔽機構２８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、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、回転駆動部を収容し、且つ、回転駆動部の上方に基板の搬入／搬出のための上部開口が設けられたケーシングと、回転駆動部の周囲の雰囲気を下方に吸引してケーシングの外部に排気するための排気機構と、を備えている（例えば、特許文献１、２参照）。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、所定の膜厚に成形されて乾燥する。

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、基板上に塗り広げられた流動性材料に空気を吹き付けることにより、流動性材料の乾燥を促し、成膜時間を短縮しうる。

特開平５―１１５８２７号公報 特開２００２―８２７５号公報

しかしながら、膜状に塗り広げられた流動性材料に空気を吹き付けると表面に風紋のようなむらが生じるという問題がある。又、流動性材料は、基板上に塗り広げられた直後は、径方向の内側の部分が外側の部分よりも厚く、径方向外側に流動することで次第に膜厚の差が減少していくが、基板に空気を吹き付けて流動性材料の乾燥時間を早めると、膜厚が薄い外側の部分が内側の部分よりも速く乾燥し、この乾燥した流動性材料の上に乾燥していない流動性材料が流動することで、むらが生じるという問題もある。

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、回転駆動部の周囲の雰囲気を下方に吸引してケーシングの外部に排気するための排気機構と、ケーシングの上部開口を部分的に遮蔽することにより、回転駆動部の上方に該回転駆動部の中心軸に対し対称的な形状の吸気孔を形成可能であり、且つ、該吸気孔を径方向に拡大／縮小自在である遮蔽機構と、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。

排気機構の負圧により吸気孔からケーシング内に流入する空気は、基板の上面まで下降すると基板に遮られて流動方向が径方向外側に変化し、基板の外周に達すると、再度下降して回転駆動部の下方に吸引される。基板における吸気孔の下の部分には、他部よりも空気が強く当たるので他部よりも流動性材料の乾燥が促進される。又、正圧により流動性材料に空気を吹き付けるのではなく、負圧によりケーシング内に吸引される空気に流動性材料を曝すことで流動性材料の乾燥を促進するので、風紋のようなむらの発生を抑制できる。更に、吸気孔を径方向に拡大しながら基板上の流動性材料を乾燥させることで、流動性材料の乾燥が径方向の内側から外側に確実に進行するので、乾燥した流動性材料の上に乾燥していない流動性材料が流動することによるむらの発生を抑制できる。即ち、むらの発生を抑制しつつ、流動性材料の乾燥時間を短縮することができる。

又、ノズル部が、細長いスリット状の吐出口を有し、該吐出口が基板の被塗布領域の内周から該基板の外周まで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構成とすることで、流動性材料を吐出／塗布する時間を短縮できると共に、ノズル部から吐出される流動性材料の径方向の膜厚の差が小さくなるので、むらの発生を抑制する効果を更に高めることができる。

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、前記基板の上に流動性材料を吐出するためのノズル部と、前記回転駆動部を収容し、且つ、該回転駆動部の上方に前記基板の搬入／搬出のための上部開口が設けられたケーシングと、前記回転駆動部の周囲の雰囲気を下方に吸引して前記ケーシングの外部に排気するための排気機構と、前記ケーシングの上部開口を部分的に遮蔽することにより、前記回転駆動部の上方に該回転駆動部の中心軸に対し対称的な形状の吸気孔を形成可能であり、且つ、該吸気孔を径方向に拡大／縮小自在である遮蔽機構と、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、前記ノズル部から前記基板の被塗布領域に前記流動性材料を吐出した後、前記基板の回転速度を増加させると共に前記吸気孔から前記ケーシング内に外気を吸気し、且つ、該吸気孔の内周を前記被塗布領域の内周の上方近傍から前記基板の外周近傍の上方まで径方向に拡大しながら、前記流動性材料を所定の膜厚に成形して乾燥させるように、前記回転駆動部、前記ノズル部、前記排気機構及び前記遮蔽機構を制御可能である制御部を備え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、前記ノズル部は、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被塗布領域の内周から該基板の外周まで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、流動性材料の乾燥時間を短縮し、成膜時間の短縮を図ることができる。

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に示されるように、本第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、基板１２の上に流動性材料１６を吐出するためのノズル部１８と、回転駆動部１４を収容し、且つ、回転駆動部１４の上方に基板１２の搬入／搬出のための上部開口２０が設けられたケーシング２２と、回転駆動部１４の周囲の雰囲気を下方に吸引してケーシング２２の外部に排気するための排気機構２４と、ケーシング２２の上部開口２０を部分的に遮蔽することにより、回転駆動部１４の上方に該回転駆動部１４の中心軸に対し対称的な形状の吸気孔２６を形成可能であり、且つ、該吸気孔２６を径方向に拡大／縮小自在である遮蔽機構２８と、制御部３０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の中心孔が形成されている。尚、基板１２において流動性材料１６が塗布される被塗布領域は、内径が中心孔の内径よりも若干大きく、中心孔１２Ａの周囲には流動性材料１６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中心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１６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。

ノズル部１８は、図２に示されるように、細長いスリット状の吐出口３２を有し、吐出口３２が基板１２の被塗布領域の内周から基板１２の外周まで延在するように配置されて該吐出口３２から基板１２の上に流動性材料１６を吐出するように構成されている。又、ノズル部１８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３２は、ノズル部１８の下端に設けられている。吐出口３２は、断面が略長方形で、（長辺の）長さは、基板１２の被塗布領域の径方向の幅とほぼ等しい。一方、吐出口３２の（短辺の）隙間は、約０．０５〜０．１５ｍｍ程度である。流動性材料１６の吐出時におけるノズル部１８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。

ケーシング２２は、上方が開口する円筒状の略箱体で、上部開口２０が設けられている。

排気機構２４は、ケーシング２２の底板に設けられた排気口３４と、排気孔３４に連通し、ケーシング２２内の空気を吸引するための吸引装置３６と、を備えている。尚、図１では便宜上、排気孔３４と吸引装置３６とを連結する配管を線で描いている。

遮蔽機構２８は、略水平に配置された板状体の複数の遮蔽部材３８と、これらを駆動するための図示しないアクチュエータと、を備えている。図３に示されるように、遮蔽部材３８は、上部開口２２の内側に臨む内周部３８Ａが、該上部開口２２の内側に対して凹形状をなす円弧形となっている。これら遮蔽部材３８は、部分的に重なるように回転駆動部１４の中心軸に対し対称的に配置され、略円形の吸気孔２６を形成している。又、これら遮蔽部材３８は、同期して上部開口２２の内側に突出し、又、同期して引き込むように、図示しないリンク機構を介して前記アクチュエータに連結されており、これにより吸気孔２６が径方向に拡大／縮小自在となっている。

制御部３０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１８、排気機構２４及び遮蔽機構２８等に結線されている。制御部３０には、ノズル部１８から基板１２の被塗布領域に流動性材料１６を吐出した後、基板１２の回転速度を増加させると共に吸気孔２６からケーシング内に外気を吸気し、且つ、吸気孔２６の内周を被塗布領域の内周の上方近傍から基板１２の外周近傍の上方まで径方向に拡大しながら、流動性材料１６を所定の膜厚に成形して乾燥させるように、回転駆動部１４、ノズル部１８、排気機構２４及び遮蔽機構２８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１６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。この際、前記図１に示されるように吸気孔２６を径方向に最も拡大させておく。

この状態で、吐出口３２の長手方向の一端が、基板１２の被塗布領域の内周の上方近傍に位置し、他端が基板１２の外周の上方近傍に位置し、吐出口３２が基板１２の上面に接近するように、ノズル部１８を移動させる。又、ノズル部１８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１８の上下方向の位置を定める。

次に、図４に示されるように、０〜６００ｒｐｍ程度の回転速度で基板１２を回転駆動しつつノズル部１８から流動性材料１６を吐出して基板１２の全周に流動性材料１６を吐出する。尚、流動性材料１６を基板１２の全周に吐出するには、流動性材料１６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１６の吐出を継続すればよいが、流動性材料１６を基板１２の全周に確実に吐出するためには、流動性材料１６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１６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１６は、基板１２の被塗布領域のほぼ全面に塗布される。

ノズル部１８が、細長いスリット状の吐出口３２を有し、該吐出口３２が基板１２の被塗布領域の内周から基板１２の外周まで延在するように配置されて吐出口３２から基板１２の上に流動性材料１６を吐出するので、筒状のノズル部から流動性材料を吐出する場合よりも流動性材料１６を吐出／塗布する時間が短い。

又、ノズル部１８の下端と、基板１２の上面と、の上下方向の隙間が、吐出口３２の隙間と同程度となるようにノズル部１８の上下方向の位置を定めて流動性材料１６を吐出しているので、流動性材料１６の液だれや飛散が抑制され、むらの発生が抑制される。

流動性材料１６を所定量吐出したら、ノズル部１８を基板１２の上面から離間させて、ケーシング２２の外側に移動させる。

次に、図５に示されるように、吸気孔２６の内周を被塗布領域の内周の上方近傍まで一旦縮小させてから、図６に示されるように、基板１２の外周近傍の上方まで拡大しながら、基板１２の回転速度を２０００〜５５００ｒｐｍ程度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１６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。

基板１２における吸気孔２６の下の部分には、他部よりも空気が強く当たるので他部よりも流動性材料１６の乾燥が促進される。又、正圧により流動性材料１６に空気を吹き付けるのではなく、排気機構２４の負圧によりケーシング２２内に吸引される空気に流動性材料１６を曝すことで流動性材料１６の乾燥を促進するので、風紋のようなむらの発生を抑制できる。

更に、吸気孔２６を径方向に拡大しながら基板１２上の流動性材料１６を乾燥させるので、流動性材料１６の乾燥が径方向の内側から外側に確実に進行し、乾燥した流動性材料１６の上に乾燥していない流動性材料１６が流動することによるむらの発生も抑制できる。即ち、むらの発生を抑制しつつ、流動性材料１６の乾燥時間を短縮することができる。

又、ノズル部１８が、細長いスリット状の吐出口３２を有し、吐出口３２が基板１２の被塗布領域の内周から基板１２の外周まで延在するように配置されて吐出口３２から基板１２の上に流動性材料１６を吐出するので、ノズル部１８から吐出される流動性材料１６の径方向の膜厚の差が小さく、この点でもむらの発生が抑制される。

このように、むらの発生を抑制しつつ流動性材料１６を短時間で乾燥できるので、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、遮蔽機構２８の遮蔽部材３８は、上部開口２２の内側に臨む内周部３８Ａが、該上部開口２２の内側に対して凹の円弧形となっているが、遮蔽部材の内周部は、他の曲線形状としてもよい。又、例えば、図７に示される本発明の第２実施形態のように、遮蔽部材５０の内周部５０Ａを直線形状とし、四角形の吸気孔を形成する構成としてもよい。又、遮蔽部材を５枚以上備えて五角形以上の多角形の吸気孔を形成する構成としてもよい。

この場合も、吸気孔を径方向に拡大しながら基板上の流動性材料を乾燥させることで、流動性材料の乾燥が径方向の内側から外側に進行するので、乾燥した流動性材料の上に乾燥していない流動性材料が流動することによるむらの発生を抑制する効果が得られる。

又、前記第１実施形態において、流動性材料１６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、溶剤が揮発して乾燥する流動性材料の成膜であれば、光記録媒体の他の層の成膜や、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。

上記実施形態のとおり、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１６を塗布した。尚、流動性材料１６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、１〜２ｓｅｃの間、６０〜１２０ｒｐｍで基板１２を回転駆動しつつノズル部１８から流動性材料１６を吐出して基板１２の全周に流動性材料１６を塗布した。

次に、吸気孔２６の内周を基板１２の被塗布領域の内周の上方近傍まで一旦縮小させてから、基板１２の外周近傍の上方まで拡大しながら、４〜６ｓｅｃ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１６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８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１６を塗布した。尚、ケーシングの上部開口は、直径が約１４０ｍｍで、上部開口を遮蔽する機構は備えられていない。又、基板１２、流動性材料１６の仕様は、実施例と同じである。又、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８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３４〜６２％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の遮蔽機構の構造を模式的に示す平面図 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 同スピンコート装置による流動性材料の乾燥工程の初期状態を示す側面図 同乾燥工程の終期状態を示す側面図 本発明の第２実施形態に係る遮蔽機構の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…流動性材料
１８…ノズル部
２０…上部開口
２２…ケーシング
２４…排気機構
２６…吸気孔
２８…遮蔽機構
２０…上部開口
３０…制御部
３２…吐出口
３４…排気口
３６…吸引装置
３８、５０…遮蔽部材
３８Ａ、５０Ａ…内周部

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、前記基板の上に流動性材料を吐出するためのノズル部と、前記回転駆動部を収容し、且つ、該回転駆動部の上方に前記基板の搬入／搬出のための上部開口が設けられたケーシングと、前記回転駆動部の周囲の雰囲気を下方に吸引して前記ケーシングの外部に排気するための排気機構と、前記ケーシングの上部開口を部分的に遮蔽することにより、前記回転駆動部の上方に該回転駆動部の中心軸に対し対称的な形状の吸気孔を形成可能であり、且つ、該吸気孔を径方向に拡大／縮小自在である遮蔽機構と、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、
   前記ノズル部から前記基板の被塗布領域に前記流動性材料を吐出した後、前記基板の回転速度を増加させると共に前記吸気孔から前記ケーシング内に外気を吸気し、且つ、該吸気孔の内周を前記被塗布領域の内周の上方近傍から前記基板の外周近傍の上方まで径方向に拡大しながら、前記流動性材料を所定の膜厚に成形して乾燥させるように、前記回転駆動部、前記ノズル部、前記排気機構及び前記遮蔽機構を制御可能である制御部を備え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、
   前記ノズル部は、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被塗布領域の内周から該基板の外周まで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ことを特徴とするスピンコート装置。

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