JP2006255644A - 回転塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はスピンコート法による塗布において、装置内部に飛散した塗布液が固化した固形物が塗布面に付着するという問題を解決するためになされたものであり、スピンコート法において塗布物の再付着による欠陥を防止することを目的とする

【解決手段】本発明は、基材を水平に支持した状態で回転し基材上に保持された塗布液を塗布する回転台と、回転台を回転駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、支持された基材および回転台を取り囲みかつ支持された前記基材よりも高い位置まで延びるカバー部材と、カバー部材の内側に配置され塗布液に対して不活性な液体を保持する塗布液受け部を有する回転塗布装置を提供する。

【選択図】図１

Description

本発明は、基材上の塗布液を、基材とともに回転することにより塗布する回転塗布装置に関する。

光学レンズや鏡などの基材（以下単に基材という）に、塗布液を滴下し基材を回転することにより基材表面に塗布膜を形成することができる。この成膜方法は、基材の回転により発生する遠心力を利用して塗膜を形成するため、スピンコート法と呼ばれる。スピンコート法では、常に新しい塗布液を用いて成膜を行うので浸漬法などに比べると安定的な膜を得ることができる。また、スピンコート法では回転速度の正確な制御が可能なため膜厚のバラツキが少なく、再現性がよいと言う特徴を有している。また、このスピンコート法を用いてゾル・ゲル法により所望の屈折率の光学薄膜を任意の厚さで得ることができる。

図３は従来の回転塗布装置であるスピンコ一夕１０を示す図であり、光学レンズである基材７０を不図示のチャック機構により減圧チャックした状態で回転可能に支持する回転台２と、回転台２に装着された基材７０を回転台２と共に回転させる駆動源であるモータ３と、モータ３を制御する制御部４と、基材７０および回転台２を取り囲み基材７０よりも高い位置まで延びているカバー部材５とを有している。

スピンコート法では、回転台２上に減圧チャックされ静止状態または低速回転状態の基材７０の中央部付近に塗膜を形成する塗布液８０が滴下装置６０により適量滴下される。滴下された塗布液８０は水平に保持された基材と共に回転することで、基材外周方向へ押し広げられて塗膜が形成される。塗膜の厚さは回転速度により制御することが可能であり、中心部と外周部との膜厚均一にするために回転開始から所定のプログラムで回転速度を制御している。また、スピンコート法では、回転により塗布液が広がる課程で塗布液中の溶媒が揮発するため、成膜の初期（中心部付近）と後期（周辺部付近）では塗布液の物性が若干変わってしまうことが知られている。このような状況の下で塗布液中の溶媒が揮発しても影響を低減しなるべく均質な膜を得るために、成膜に要する塗布液よりも幾分多めの塗布液を基材に滴下して、スピンコートを行い最後に一時的に高回転処理を行い、余分な塗布液をはじき飛ばす処理を行っている。しかし前記処理により余分な塗布液は基材からはじき飛ばされるため、飛散した塗布液は回転台の周辺に付着し、溶媒が揮発した後に固形物となり装置内の気流等の作用で装置内を舞い、スピンコート処理中もしくは処理前後の基材に付着して欠陥となってしまう。

このような成膜物質の飛散による問題に対して、カバー部分の内側に溶剤を流し飛散した塗布液を溶剤に溶かして流し出す方法が提案されている。しかし、周囲に溶剤を流すと揮発した溶剤成分が塗布膜に回影響を及ぼし、膜の均一性が失われ著しくは部分的に膜厚が極端に薄くなることがあった。そのため、周囲に溶剤を流すのではなく、10〜数10回程度の塗布処理を行うと塗布装置内を清掃することとしていた。
特願平９−２７０３７６号公報

本発明はこのような従来の問題を解決するためになされたものであり、スピンコート法において塗布物の再付着による欠陥を防止することを目的とする。

本発明は、基材を水平に支持した状態で回転し基材上に保持された塗布液を塗布する回転台と、回転台を回転駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、支持された基材および回転台を取り囲みかつ支持された前記基材よりも高い位置まで延びるカバー部材と、カバー部材の内側に配置され塗布液に対して不活性な液体を保持する塗布液受け部を有する回転塗布装置を提供する。

本発明の回転塗布装置では、塗布液が回転処理によって周囲に飛び散っても基材に再付着する危険
を低減することができる。

本発明は、回転塗布装置において塗布処理中に発生する飛散物が成膜部分に付着することを防止す
るために、飛散物を塗布液に対して不活性な液体で捉える構造とした。

以下図面を参照して、本発明に実施例をあげてさらに詳しく説明する。
図1は本発明の第1実施形態を示す塗布装置の断面図である。
この塗布装置１０は、基材７０を不図示の吸引装置で吸引して固定した状態（以下適宜「チャック状態」という）で回転する回転台２、回転台２を回転駆動するモータ３、モータ３の駆動をプログラムに従って制御する制御部４、基材７０および回転台２を取り囲み基材７０よりも高い位置まで延びているカバー部材５、塗布液に対して不活性な液体である水を蓄える貯水部8、不図示の排気装置により回転塗布装置（以下適宜「スピンコ一夕」と呼ぶ）内の雰囲気を排気する排気口91とを有して
いる。

スピンコ一夕１は、貯水部８に水を蓄えているため、余分な塗布液が回転台２の周囲に飛散しても、貯水部８に落ちることにより水に捉えられ、基材７０に付着することはない。また、水は塗布液に不活性であるため蒸発した水蒸気が成膜に悪影響を与える恐れもない。なお、スピンコ一夕１は、不図示の排気装置により貯水部８の脇から排気を行っている（この排気により周囲の空気９０は、基材７０の表面には影響を与えない程度の流量で、常に排気されているので余分な塗布液が貯水部8よりも上部のカバー部に飛着した後に溶媒が蒸発し固形分となっても、飛散する固形分は排気口９１より装置外部へと排出されるので、基材７０に付着する恐れはない。なお、排気を行っているので水蒸気が基材７０に達し、膜に取り込まれる恐れもない。

また、スピンコ一夕１は不図示の送風装置を有しており、必要な場合には温度湿度の管理され高精密に濾過された空気または不活性ガスを空気９０に換えて送ることもできる。
次に製造固定を説明する。

塗布液調製工程
次の組成から成る塗布液（ゾル溶液）を調製した。
第１液：1＊10^-9m程度の粒径に整えられた超高純度フツ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、シランカップリング剤、ブタノール・エタノール混合物。これらを混合した後に充分な攪拌を行い塗布液とした。
第２液：1＊10^-9m程度の粒径に整えられた超高純度二酸化珪素（ＳｉＯ₂）、シランカップリング剤、ブタノール・エタノール混合物。これらを混合した後に充分な攪拌を行い塗布液とした。

基材洗浄工程
基材となる光学レンズ（直径40mmの両凸レンズ）を、超音波洗浄機（イオン活性剤洗浄、超純水すすぎ、精密乾燥）を用いて洗浄した。

第１スピンコート工程
基材を目視にてスピンコ一夕の回転台７０のほぼ中央に載置した後に、チャッキングを行った。次に吐出装置を用いて第１液２ccを基材中央に滴下し、直ちに６０rpmで５秒回転させた後に約２秒かけて３０００rpmに回転数を上げ２０保持した後に、６０００rpmで１秒回転させ余分な塗布液を除去した。

第１オーブン処理
第１スピンコート処理の終わった基材は、専用工具にセットされ予備乾炉（４５℃＊１０分）で予備乾燥処理した後に本乾炉（１００℃＊６０分）で本加熱処理（反応処理）した。ここで、予備乾燥処理と本加熱処理に分けているのは、予備乾燥処理で溶媒成分を除去し、この状態で外観検査行うためである。なお、予備乾燥処理の終わった状態では、ゴミ等が付着しても固着することはなく、本加熱処理後に除去することが可能である。

第２スピンコート工程
第１スピンコート工程と同様に、洗浄処理された基材をスピンコ一夕で塗布加工を行った。ただし、第２スピンコート工程では、塗布液として第２液を用い、第２液２ccを基材中央に滴下し、直ちに６０rpmで５秒回転させた後に約２秒かけて５０００rpmに回転数を上げ１５秒保持した後に、６０００rpmで１秒回転させ余分な塗布液を除去した。

第２オーブン処理
第２スピンコート処理の終わった基材は、第１オーブン処理と同じ工程で加熱処理を行った。ここで、第１オーブン処理と第２オーブン処理の工程は同じなので第１スピンコート処理後の基材と第２スピンコート処理後の基材は同時に処理可能である。

以上説明したように、光学レンズの上に低屈折率のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）の上に保護膜として極薄い二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を配置したので反射率を下げることができるが、予め光学レンズに高屈折率層と中屈折率層を配置しておくことにより、より広範に渡り反射率を低下させることもできる。

図２は本発明の第２実施形態を示す塗布装置の断面図である。
第２図を用いて本発明の第２実施形態を説明するが、第１実施例と同じ構成については同じ部番を付して説明は省略する。

第２実施形態では、次の点が主に第1実施形態と異なっている。
１．不活性液体としてフッ素を含む液体であるフロリナートＦＣ−７７（登録商標）を使用している。
２．不活性液体を基材よりも高い位置から、カバー部材５２に沿って常時流している。

第2実施形態で、フロリナートを用いている理由は、塗布液に対して水よりも反応性が低く、かつ回収後の分離が容易で酸化反応も起きないため、塗布液の再利用がしやすいこと。また、フロリナートＦＣ−７７は蒸気圧が低く、成膜に対する影響が低いこと等があげられる。ここで詳細な理由は不明であるが、フッ素を含み安定化された液体は殆どの溶剤に溶解せず水との親和性が低く、熱的にも安定であり金属・プラスチック・ゴムなどを侵さないことが知られている。また、不活性液体を基材よりも高い位置からカバー部材５２に沿って流しているのは、スピンコート処理中に高速回転処理の
ため基材のほぼ真横または基材形状（例えば凹面レンズ）によっては基材よりも高い位置に塗布液の飛散が発生する場合があり、このような塗布液についても確実に処理するためである。

図２に戻り、流入口８２の回転台２に対する高さは、塗布液の飛散が最も高く到達する高さよりも高く設定されている。スピンコーク１００は不図示の循環ポンプ機構によって、不活性液体を流入口８２からカバー部材５２に沿って流路８３（図では矢印で示されるが、実際には全周囲面を流れる）を通り、流入口８２よりも低い高さに位置するカバー部材５２全体を流れ、下面中央部に設けられた排出経路を通り排出口８１からスピンコ一夕の外に出るように設定されている。そのため、スピンコート処理中に飛散する塗布液は全て不活性液体によって捕らえられ、スピンコ一夕の外部にある不図
示の再生装置によって、不活性液体と塗布液成分に分離され、それぞれ再利用されている。なお、設定以上に高い位置に飛散が予想される場合は、不図示の高さ調整機構で回転台２の機材を受ける部分を下げることで対応できる。

また、スピンコ一夕１００は不図示の排気装置により、スピンコ一夕１００のカバー部材５２よりも内側の雰囲気を換気している。排気装置は排気口９１に接続され、スピンコ一夕内の雰囲気９３を吸気口９２から取り込んでいる。 ここで、吸気口９２が底部から少し上がった位置に配置されているのは、何らかの原因で不活性液体の循環が滞り不活性液体がカバー部材５２の底部に溜まった場合に、不活性液体が排気装置内に入らないようにしているものである。 なお、不活性液体であるから排気装置に入っても故障の原因にはならないが、排気に支障をきたすため好ましくない。

また、不図示の液面センサーを配置してスピンコ一夕内部での不活性液体の液面を監視し、液面が一定以上なった場合には、警報を出すか装置を自動的に止めることもできる。
（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態の限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、例えば以下のような変形・変更が考えられるが、それらも本発明の均等の範囲内である。

（1）スピンコ一夕内部のカバー部材内周部に跳ね返り防止の羽根を、シロッコファンの羽根のように配置した場合においても、不活性液体を底部に所蔵するまたは羽根を含む周囲の上部から流すことができる。

（2）紫外線硬化樹脂やカラーフィルター用の塗膜であっても、同様に用いることができる。
（3）予備乾燥工程をスピンコ一夕外部のオーブンで行わず、回転台上で行うこともできる。

本発明の第1実施形態を示す塗布装置の断面図 本発明の第2実施形態を示す塗布装置の断面図 従来技術の塗布装置の断面図

符号の説明

１ スピンコ一夕（塗布装置） ２ 回転台
３ モータ（駆動装置） ４ 制御装置
５（５１，５２） カバー部材 ８ 貯水部

Claims (4)

1. 基材を水平に支持した状態で回転し、前記基材上に保持された塗布液を塗布とする回転台と、
   前記回転台を回転駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   支持された前記基材および前記回転台を取り囲み、かつ支持された前記基材よりも高い位置まで延びるカバー部材と、
   前記カバー部材の内側に配置され前記塗布液に対して不活性な液体を保持する塗布液受け部を有することを特徴とする回転塗布装置。
   
2. 請求項１に記載の回転塗布装置において、
   前記不活性な液体は水を主成分とした液体または弗素を含有する液体であることを特徴とする回転塗布装置。
   
3. 請求項１または請求項２に記載の回転塗布装置において、
   前記塗布液受け部はカバー部材の底部に配置されていることを特徴とする回転塗布装置。
   
4. 請求項１または請求項２に記載の回転塗布装置において、
   前記不活性な液体は、前記支持された基材よりも高い位置から前記カバー部材の内側を流れることを特徴とする回転塗布装置。

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