JP2007044669A - 塗工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 丸型の基材を、基材支持台上面の凹部に嵌め込んで支持させ、その上面にダイヘッドで塗工する際、塗工液が基材と凹部側面との隙間を通って基材裏面に回り込むことを防止する。
【解決手段】 基材支持台１３の上面に形成した凹部１４に基材８を、その上面８ａが基材支持台１３の上面１３ａと同一面となるように支持させ、その上面にダイヘッド７で塗膜１０を形成する際、基材側面と凹部側面との間の隙間１５に、その下端に形成している溝１７ａから空気を送って隙間１５から上向きに空気を吹き出した状態としておき、塗布された塗工液が隙間１５を通って流下し基材裏面に回り込むことがないように構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ガラス基板やシリコンウェハー等の基材に対して液を塗布する方法及び装置に関し、特に、ダイコート方式を用いて塗布する方法及び装置に関する。

従来、半導体製品に用いるシリコンウェハー等の丸型基材に高度の膜厚精度（例えば、±２％以内）で薄膜塗布するには、一般に、スピンコート方式が用いられている。しかし、スピンコート方式では基材上に滴下した塗工液のほとんどが遠心力によって吹き飛ばされるため、省液性に乏しいといった欠点があった。また、基材上に付着した塗工液が裏面にまわり込みやすいとか、厚い被膜を形成するのが困難であるといった欠点もあった。

そこで、丸型基材に対して、塗工液を膜状に吐出するダイヘッド（スリットノズルとも言う）を用いたダイコート方式で塗工する方法及び装置が提案されている（例えば、特開２００２−２０４９９６号公報、特開２００４−２０９３４０号公報参照）。図５はダイコート方式で丸型基材に塗工する従来の装置の１例を示す概略斜視図、図６（ａ）、（ｂ）は図５に示す装置を異なる作動状態で示す概略側面図であり、分かり易くするため、基材、基材支持台、塗膜等を断面で且つ厚さを誇張して示している。図５、図６において、塗工装置１は、ベース２と、そのベース２の上面に設けられた基材支持台３と、ベース２の上面に設けられたガイド手段４と、そのガイド手段４に往復動するように保持された移動台５と、その移動台５を往復移動させる駆動装置（図示せず）と、移動台５に昇降するように設けられたヘッド保持部材６と、そのヘッド保持部材６を昇降させる駆動装置（図示せず）と、ヘッド保持部材６に保持され、塗工液を膜状に吐出するスリットを備えたダイヘッド７と、そのダイヘッド７に塗工液を供給する液供給系（図示せず）等を備えている。ここで用いている基材支持台３は、上面に、塗工を施されるべきシリコンウェハー等の丸型の基材８を、その基材８の上面８ａが基材支持台３の上面３ａに略同一面となる状態に支持する凹部９を備えている。なお、凹部９の内径は基材８の出し入れを容易に行うことができるよう基材８の外径より若干大きく（例えば、１〜２ｍｍ程度大きく）設定されており、基材８の側面と凹部９の側面との間には小さい隙間が生じている。

この構成の塗工装置１による塗工動作は次のように行われる。すなわち、図６（ａ）に示すように、基材支持台３の凹部９に基材８を嵌め込んで支持させた状態で、ダイヘッド７を基材８を外れた基材支持台３の上面３ａの上方に位置決めし、その位置でダイヘッド７を、基材支持台３の上面３ａ及び基材８の上面８ａに対する塗工に適した高さ位置に降下させ、ダイヘッド７から塗工液を膜状に吐出しながらそのダイヘッド７を基材支持台３に沿って移動させて行くことで、図６（ｂ）に示すように、基材支持台３の上面３ａ及び基材８の上面８ａに塗膜１０を形成してゆき、基材８の上面８ａを通り過ぎ、それに続く基材支持台３の上面３ａにまで塗膜１０を形成した後、ダイヘッド７からの塗工液を停止する。以上により、基材８の上面８ａの全域に一定厚さの塗膜１０をダイコート方式で形成できる。

ところが、この方式で、図７（ａ）に厚さを誇張して示したように、基材８の上面８ａ全域及びそれに隣接した基材支持台３の上面３ａに塗膜１０を形成した場合、塗膜１０が乾燥するまでの間に、図７（ｂ）に示すように、塗膜１０から塗工液１０ａが基材８の側面と凹部３ｂの側面との間の隙間に流れ込み、それが基材８の裏面にまで回り込んでしまうことがあった。このため、次工程で基材８の裏面を洗浄して回り込んだ塗工液１０ａを除去することが必要であり、工程数が増すという問題があった。
特開２００２−２０４９９６号公報 特開２００４−２０９３４０号公報

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、丸型基材等の基材を、基材支持台上面に設けている凹部に嵌め込んで支持させ、その上面にダイコート方式で塗工液を塗布した際に、塗工液が基材と凹部との隙間を通って基材裏面に回り込むことを防止することを可能とした塗工方法及び装置を提供することを課題とする。

本願請求項１に係る発明は、基材支持台の凹部に基材を支持させ、ダイヘッドを用いて塗工する塗工方法における上記課題を解決するため、基材支持台の上面に形成した凹部に、塗工を施されるべき基材を、基材上面が前記基材支持台の上面に略同一面となるように且つ前記基材の側面と前記凹部の側面との間に隙間が形成されるようにセットする工程と、前記隙間から上方に空気を吹き出した状態で前記基材支持台上面並びに基材上面に、ダイヘッドを用いて塗工液を塗布する工程を有する構成としたものである。

本願請求項２に係る発明は、基材支持台の凹部に基材を支持させ、ダイヘッドを用いて塗工する塗工装置における上記課題を解決するため、塗工を施されるべき基材を支持する基材支持台として、上面に、前記基材を、基材上面が前記基材支持台の上面に略同一面となる状態に且つ前記基材の側面と前記凹部の側面との間に隙間を形成する状態に支持するための凹部を備え、更に、前記凹部に基材を支持させた際に該基材の側面と前記凹部の側面との間に形成される隙間の底部領域に空気を供給する空気通路を備えた基材支持台を用い、更に、その基材支持台の空気通路に空気を供給する空気供給手段を設けるという構成としたものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記空気通路が、前記凹部の底面に、該凹部の側面全周に沿って形成された溝を備えるという構成としたものである。

請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、前記溝を、前記凹部に基材を支持させた際に該基材の側面と前記凹部の側面との間に形成される隙間の延長上に位置するように配置し、更にその溝の幅を前記隙間の幅に等しくなるように定めるという構成としたものである。

請求項５に係る発明は、請求項２、３又は４に係る発明において、前記凹部の側面の上端に、外側に広がる斜面を設けるという構成としたものである。

上記した本発明の塗工方法及び装置によれば、基材を基材支持台上面に設けている凹部に支持させてダイヘッドを用いて塗布を行う際に、基材側面と凹部側面との間の隙間から空気を上向きに吹き出した状態とすることができ、この状態で塗布することで、塗布された塗工液が前記隙間に流れ込むことがなく、このため塗工液が基材の裏面に回り込んで汚すことがなく、基材裏面洗浄工程をなくすことが可能となる。

図１は本発明の好適な実施の形態に係る塗工装置の概略斜視図、図２（ａ）、（ｂ）はその塗工装置に用いている基材支持台の概略平面図及び概略断面図、図３は、図１に示す塗工装置において、基材支持台及び基材表面にダイヘッドで塗膜を形成している状態を示す概略断面図、図４は、基材端部領域を塗工中の状態で示す概略断面図であり、これらの図面において一部部品の厚さや幅を誇張して示している。図１、図２において、全体を参照符号１Ａで示す塗工装置は、ベース２と、そのベース２の上面に設けられた基材支持台１３と、ベース２の上面に設けられたガイド手段４と、そのガイド手段４に往復動するように保持された移動台５と、その移動台５を往復移動させる駆動装置（図示せず）と、移動台５に昇降するように設けられたヘッド保持部材６と、そのヘッド保持部材６を昇降させる駆動装置（図示せず）と、ヘッド保持部材６に保持され、塗工液を膜状に吐出するスリットを備えたダイヘッド７と、そのダイヘッド７に塗工液を供給する液供給系（図示せず）等を備えている。ここで、ガイド手段４、移動台５及びその駆動装置等は、ダイヘッド７が基材支持台１３の上面に沿って移動するようにダイヘッド７を移動させるためのものであり、ダイヘッドが前記基材支持台の上面に沿って相対的に移動するように前記ダイヘッドと基材支持台の少なくとも一方を移動させる移動機構を構成する。なお、移動機構としては、ダイヘッド７を保持した移動台５を移動させる構成に限らず、基材支持台１３を水平に移動させる構成としてもよい。

基材支持台１３は、金属、セラミック、石、プラスチックなどで作られるもので、上面に、塗工を施されるべきシリコンウェハー等の丸型の基材８を、その基材８の上面８ａが基材支持台１３の上面１３ａに略同一面となる状態で支持する凹部１４を備えている。この凹部１４の側面１３ｂの直径は、その凹部１４に支持させる基材８の直径よりも若干大きく選定されており、そのため、図３、図４に示すように、凹部１４に基材８を同心状に支持させた時、凹部１４の側面１３ｂと基材８の側面８ｂとの間に一定幅の小さい隙間１５が基材８の全周に渡って形成される。この隙間１５は、塗工時にこの隙間１５から上向きに空気を吹き出すことで隙間１５内への塗工液の流入を防止するためのものであり、隙間の幅は塗工液の流入を効果的に防止する上から３ｍｍ以下とすることが好ましい。一方、隙間１５の幅をあまり小さくすると、凹部１４に対して基材８を出し入れしにくくなるため、作業性の点から、隙間１５の幅は０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。

基材支持台１３には更に、凹部１４に基材８を支持させた際に基材の側面と凹部の側面との間に形成される隙間１５の底部領域に空気を供給する空気通路１７が形成されている。この実施の形態では、空気通路１７は、凹部１４の底面に、側面１３ｂの全周に沿って形成された環状の溝１７ａと、その環状の溝１７ａの一部に連通するように形成された空気供給路１７ｂを備えており、空気供給路１７ｂには、空気を供給する空気供給手段（図示せず）が連結されている。この構成により、空気供給手段によって空気通路１７に空気を供給することで、隙間１５の全周において、隙間１５内に上向きの空気流を生じさせることができる。

ここで、隙間１５に空気を送り込むための環状の溝１７ａの幅、深さ、位置等は、隙間１５に上向きの空気の流れを生じさせることができれば任意であるが、図示したように、溝１７ａが隙間１５の延長上に位置するように、且つ溝１７ａの幅が隙間１５の幅に等しくなるようにすることが、環状の溝１７ａ内に上向きに生じた空気流がそのまま隙間１５に流れ、隙間１５内に上向きの安定した流れを生じさせることができるので好ましい。また、溝１７ａの深さは、溝１７ａ内に上向きの安定した流れを生じさせることができるよう、溝１７ａの幅に対して５〜１０倍程度とすることが好ましい。空気供給手段が空気通路１７に供給する空気の圧力としては、隙間１５内に塗工液の流下を阻止することができる流速の空気流を生じさせることができるように定めるが、あまり圧力を高くすると隙間１５内の空気の流速が大きくなり過ぎて、塗布された塗工液を必要以上に散らしてしまう。このため、空気の圧力は、０．０１〜０．０５ＭＰａ程度とすることが好ましい。

基材支持台１３に形成した凹部１４の側面１３ｂは単純な円筒状でも良いが、図４に拡大して示すように、側面の上端に、外側に広がる斜面１３ｃを形成しておくことが好ましい。このような斜面１３ｃを形成しておくと、隙間１５内を流れる空気が外方向（基材８から遠ざかる方向）に向かうこととなり、基材８側に塗工液をあまり流さないようになる。

基材支持台１３に設けている凹部１４の底面には、基材８を吸着保持するための真空吸着穴（図示せず）が設けられている。また、塗工後の基材８を凹部１４の外側に押し出すための押し出しピン（図示せず）も設けられている。

次に、上記構成の基材支持台１３を備えた塗工装置１Ａによる塗工動作を説明する。まず、塗工すべき基材８を基材支持台１３の上面の凹部１４に同心状にセットする。これにより、基材８の周囲に一定幅の隙間１５が形成される。次に、空気供給手段によって空気通路１７に空気を０．０１〜０．０５ＭＰａ程度の圧力で供給する。これにより、基材８を取り囲む隙間１５の全周に、上向きの空気流が形成され、隙間１５から空気が上向きに吹き出した状態となる。この状態で、図６（ａ）、（ｂ）を参照して従来装置について説明したのと同様な手順で、ダイヘッド７による塗工を行い、図３に示すように、基材支持台１３の上面１３ａ及び基材８の上面８ａの上に塗膜１０を形成してゆく。そして、図２（ａ）に二点鎖線２０で示す塗布領域に塗膜を形成した後、塗膜が或る程度乾燥するのを待って、基材８を基材支持台１３から取り出す。以上により塗工動作が終了する。

以上の塗工動作において、ダイヘッド７による塗膜形成中、図４に示すように、基材８の側面８ｂと凹部の側面１３ｂとの間に形成されている隙間１５には上向きの空気が常に流れている。このため、その空気が隙間１５上に塗布された塗工液を押し上げることとなり、塗工液が隙間１５を通って流れ落ちることがなく、従って、基材８の裏面に回り込んで裏面を汚すといったことがない。なお、隙間１５を流れる空気が塗工液を押し上げる結果、その隙間１５を挟んだ両側では塗工液の盛り上がり１０ｂ、１０ｃが生じるが、基材側に生じる盛り上がり１０ｂは、基材８の側面から５ｍｍ以内の領域に生じるのみであって、基材８内で製品として使用する有効範囲よりも外側に生じるのみであるので、問題とはならない。かくして、この塗工装置を用いることで、基材８の有効領域にダイヘッド７により高精度で所望の膜厚の塗膜を形成することができ、また、塗工液が基材８の裏面に回り込んで汚すこともないので、裏面洗浄工程を無くすことが可能となる。

なお、上記した実施の形態では、丸型の基材８を用いた場合を説明したが、本発明で塗工の対象とする基材８は丸型に限らず、楕円形、四角形等任意であり、使用する基材の形状に応じて、基材支持台上面に形成する凹部の形状を変えればよい。また、本発明で塗布の対象とする基材は、半導体製品に用いるシリコンウェハーを代表例として挙げることができるが、これに限らず、任意の材料に適用できる。更に、上記した実施の形態は本発明の説明用のものであって、本発明を限定するものではなく、本発明は特許請求の範囲の記載範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明の好適な実施の形態に係る塗工装置の概略斜視図 （ａ）、（ｂ）は図１に示す塗工装置に用いている基材支持台の概略平面図及び概略断面図 図１に示す塗工装置において、基材支持台及び基材表面にダイヘッドで塗膜を形成している状態を示す概略断面図 基材端部領域を塗工中の状態で示す概略断面図 従来の塗工装置の１例を示す概略斜視図 （ａ）、（ｂ）は図５に示す塗工装置を異なる作動状態で示す概略側面図 （ａ）は基材支持台及び基材表面に塗膜を形成した直後の状態を示す概略断面図、（ｂ）は塗工液が基材裏面に回り込む状態を示す概略断面図

符号の説明

１、１Ａ 塗工装置
２ ベース
３ 基材支持台
４ ガイド手段
５ 移動台
６ ヘッド保持部材
７ ダイヘッド
８ 基材
８ａ 上面
８ｂ 側面
９ 凹部
１０ 塗膜
１０ａ 塗工液
１０ｂ、１０ｃ 盛り上がり
１３ 基材支持台
１３ａ 上面
１３ｂ 凹部の側面
１３ｃ 斜面
１４ 凹部
１５ 隙間
１７ 空気通路
１７ａ 環状の溝
１７ｂ 空気供給路
２０ 塗布領域

Claims (5)

1. 基材支持台の上面に形成した凹部に、塗工を施されるべき基材を、基材上面が前記基材支持台の上面に略同一面となるように且つ前記基材の側面と前記凹部の側面との間に隙間が形成されるようにセットする工程と、前記隙間から上方に空気を吹き出した状態で前記基材支持台上面並びに基材上面に、ダイヘッドを用いて塗工液を塗布する工程を有することを特徴とする塗工方法。
2. 塗工を施されるべき基材を支持する基材支持台であって、上面に、前記基材を、基材上面が前記基材支持台の上面に略同一面となる状態に且つ前記基材の側面と前記凹部の側面との間に隙間を形成する状態に支持するための凹部を備え、更に、前記凹部に基材を支持させた際に該基材の側面と前記凹部の側面との間に形成される隙間の底部領域に空気を供給する空気通路を備えた基材支持台と、該基材支持台の空気通路に空気を供給する空気供給手段と、塗工液を膜状に吐出するダイヘッドと、該ダイヘッドが前記基材支持台の上面に沿って相対的に移動するように前記ダイヘッドと基材支持台の少なくとも一方を移動させる移動機構とを備えた塗工装置。
3. 前記空気通路が、前記凹部の底面に、該凹部の側面全周に沿って形成された溝を備えていることを特徴とする請求項２記載の塗工装置。
4. 前記溝が、前記凹部に基材を支持させた際に該基材の側面と前記凹部の側面との間に形成される隙間の延長上に位置するように配置されており、前記溝の幅が前記隙間の幅に等しくなるように定められていることを特徴とする請求項３記載の塗工装置。
5. 前記凹部の側面の上端に、外側に広がる斜面が形成されていることを特徴とする請求項２、３又は４記載の塗工装置。

Images