JP2012015247A - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シートフィルム上に薄膜を形成する塗布装置および塗布方法において、吸着による塗布膜厚ムラを防止するのに適した技術を提供する。
【解決手段】 シートフィルムＦの一面の周縁を吸引して吸着する真空チャックにて基材を保持するステージ３４０と、ステージ３４０保持されたシートフィルムＦの表面に薄膜材料を塗布する塗布ノズル３４３と、塗布された薄膜材料をシートフィルムＦの表面に広げるためにステージ３４０を回転する回転機構とを具備する塗布ユニット３４において、塗布手ノズル３４３より薄膜材料が塗布される前にシートフィルムＦを保持した状態でステージ３４０を回転することでステージ３４０の中央部３４１ａとシートフィルムＦとの間に残留する空気を排気した状態で吸着状態を達成する。
【選択図】図６

Description

この発明は、シートフィルム等の基材表面に樹脂材料からなる薄膜を形成する塗布方法および塗布装置に関するものである。

薄膜形成技術として欠陥のない均一な薄膜を得るために、樹脂製のシートフィルム等の基材上に薄膜材料を含む塗布液を塗布し、これを基板表面に密着させた後にシートフィルムを剥離することによって、基板表面に薄膜を転写するものがある。例えば特許文献１には、フィルム収容カセットに収容されたシートフィルムを１枚ずつ取り出してその表面に薄膜材料を塗布し、これを基板に転写した後にシートフィルムを剥離する薄膜形成システムが開示されている。

一方、この種の技術においては、薄く柔軟なシートフィルムを平らな状態に保ちながら搬送するために、シートフィルムの周縁部に保持枠を装着させることが提案されている。例えば特許文献１と２には、一対のリング状の保持部材によってシートフィルムを挟持した状態とすることによって、シートフィルムを取り扱いやすくすることが記載されている。

また、シートフィルムに薄膜材料を含む塗布液を塗布する塗布装置においては、シートフィルムを保持するのに真空吸着機構、所謂バキュームチャックが用いられる（特許文献３）。一方、バキュームチャックは吸着孔の位置で接触跡が発生する欠点があることが知られている。シートフィルムに接触跡が発生すると塗布膜の膜厚ムラとなって現われるという問題があった。

特開２００４−２９６８５５号公報 特開２０１０−５０１８３号公報 特開２００３−１００７２７号公報

そこで、吸着孔を小さくすることで、吸引に伴う吸着孔の部位におけるシートフィルムの変形を抑えることが考えられる。しかしながら、吸着孔を小さくすると大サイズのシートフィルムに対応する場合に、吸着ステージが大きくなるのと同時に吸着孔の数も多くなった。小さい吸着孔を形成する加工精度の問題と、多くの吸着孔を形成しなければならない生産性の観点からの問題が残されていた。

特に、上述の基板表面にシートフィルムの薄膜を転写する薄膜形成技術において、転写される薄膜の厚さにおいてより薄さが要求されてきている。例えば、直径０．３ｍｍの吸着孔の場合、吸着部位と未吸着部との塗布膜厚の変化率は約１４％となり、１００ｎｍの薄膜を塗布するのに無視出来ない。このような要求に対応するとなると、吸着孔を小さくするのには限界があり、根本的に吸着による接触跡による塗布膜厚ムラを解決するには至っていなかった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、シートフィルム上に薄膜を形成する塗布装置および塗布方法に適した技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる薄膜の塗布装置は、上記目的を達成するため、基材の一面の周縁を吸引して吸着する真空チャックにて基材を保持する基材保持部と、前記基材保持部の吸着孔に連通接続される吸引機構と、を有する基材保持機構と、前記基材保持機構によって保持された基材の表面に薄膜材料を塗布する塗布手段と、前記塗布手段により塗布された薄膜材料を基材の表面に広げるために前記基材保持部を回転する回転機構と、前記回転機構を前記塗布手段により薄膜材料が塗布される前に基材を前記基材保持部により保持した状態で回転する制御手段と、を具備するようにしたものである。

また本発明の請求項１記載の塗布装置において、前記基材保持部の吸着孔は基材の一面の周縁であり、基材の非有効領域に対応して配置したものである。

この発明にかかる薄膜の塗布方法は、上記目的を達成するため、基材の一面の周縁を吸引して吸着する真空チャックにて基材を保持する基材保持工程と、前記基材保持工程によって保持された基材の吸着を継続し、薄膜材料が塗布される前に基材を回転する保持回転工程と、前記保持回転工程によって保持し回転後の基材の表面に薄膜材料を塗布する塗布工程と、を具備するようにしたものである。

また本発明の請求項３記載の塗布方法において、前記塗布工程は前記保持回転工程によって回転中の基材に対して薄膜材料を塗布するようにしたものである。

本発明の請求項１に係る塗布装置によれば、基材を吸着する際に基材保持部との間に残留する空気を排気して吸着した後に塗布液を塗布することができる。

また本発明の請求項２に係る塗布装置によれば、基材を吸着する吸着孔は基材の非有効領域に対応して配置されるので、有効領域に吸着に伴う接触跡が発生すること防止できる効果を奏する。

また本発明の請求項３に係る塗布方法によれば、基材を吸着する際に基材保持部との間に残留する空気を排気して吸着した後に塗布液を塗布することができる。

また本発明の請求項４に係る塗布方法によれば、基材を吸着するための回転を継続したまま、続いて塗布処理が行われるので処理時間が短縮できる効果を奏する。

この発明によれば、塗布装置の基材保持部に基材を吸着保持した後で薄膜材料の塗布の前に基材が回転される。このため、基材と基材保持部との間に残存する空気が排出され、吸着された基材の表面波打ちが防止される。この状態で薄膜材料が塗布されるので塗布膜圧ムラの防止された薄膜が形成されることが可能となっている。

本発明にかかる薄膜形成システムの一実施形態を示す図 この薄膜形成システムによる薄膜形成プロセスを示すフローチャート リング体の構造を示す分解組立斜視図 センターロボットの構造を示す図であり、同図（ａ）はセンターロボット７０を上方より見た平面図であり、同図（ｂ）はその側面図 リングハンドのより詳細な構造を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）と図（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図 塗布ユニットの構成を示す図 図６の塗布ユニットの部分構成を示す図であり、同図（ａ）はその断面図、同図（ｂ）は平面図 塗布工程における処理を示すフローチャート 塗布工程における動作を模式的に示す図 塗布工程における動作を模式的に示す図 転写工程における処理を示すフローチャート 転写工程における動作を模式的に示す図

以下、本発明の実施例を図１乃至図４に基づいて説明する。

図１はこの発明にかかる薄膜形成システムの一実施形態を示す図である。より詳しくは、この薄膜形成システムを上部から見たレイアウト図である。また、図２はこの薄膜形成システムによる薄膜形成プロセスを示すフローチャートである。以下の説明においては、このシステムの奥行き方向（図１において左右方向）をＸ方向、幅方向（図１において上下方向）をＹ方向、高さ方向（図１紙面に直交する方向）をＺ方向とする。

この薄膜形成システムは、半導体基板の表面に例えば絶縁膜としてのＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）による薄膜を形成するためのシステムであり、より具体的には、樹脂製のシートフィルム上に薄膜材料を含む塗布液を塗布して薄膜を形成し、シートフィルムに担持された薄膜を基板表面に密着させて転写した後にシートフィルムを剥離除去することにより、基板表面に薄膜のみを残存させるものである。なお、シートフィルムとしては、例えばＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）もしくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの可撓性を有し、または可塑性を有する有機材料からなるシート状のフィルムを用いることができる。

すなわち、この薄膜形成システムにより実行される薄膜形成プロセスでは、図２に示すように、まずシートフィルムを収容したフィルムカセットおよび基板を収容した基板カセットが搬入される（ステップＳ１０）。これに続いて、以下の各工程：フィルムカセットから取り出されたシートフィルムに薄膜材料を含む塗布液を塗布する塗布工程（ステップＳ２０）；これを乾燥させてシートフィルム上に薄膜を形成する乾燥工程（ステップＳ３０）；こうしてシートフィルム上に形成された薄膜を、基板カセットから取り出された基板に転写する転写工程（ステップＳ４０）；基板からシートフィルムのみを剥離して回収する剥離・回収工程（ステップＳ５０）、を処理すべき基板の全数について行い（ステップＳ６０）、処理済み基板を収容したカセットを搬出することで（ステップＳ７０）、処理が完結する。

このシステムでは、図１に示すように上手側（図１の左側）に、未処理の基板Ｗを収納した基板カセット１１を外部から受け取るインデクサ部１が設けられている。一方、インデクサ部１の下手側（図１の右手側）には、Ｙ方向に往復移動する基板搬送ロボット２が設置された搬送部ＴＰが設けられている。また、搬送部ＴＰを挟んでインデクサ部１とは反対側に、基板Ｗに対し後述する所定の処理を行ってその表面に薄膜を形成する薄膜形成部３が設けられている。この薄膜形成システムでは、当該システムを構成する上記各部が制御ユニット４からの制御指令に基づいて動作する。

薄膜形成部３では、その中心部にセンターロボット７０が設けられており、これを取り囲むように反転ユニット３１、リング載置台３２、フィルムカセット載置台３３、塗布ユニット３４、剥離ユニット１０、回収ユニット５０、転写ユニット３５および乾燥ユニット３６の各ユニットが設けられている。またフィルムカセット載置台３３および塗布ユニット３４に隣接してフィルム搬送ロボット３９が設けられている。

以下、上記各部の構造や動作について説明するが、これらの各ユニットのうち、反転ユニット３１、転写ユニット３５および乾燥ユニット３６としては、例えば前述した特許文献１（特開２００３−１００７２７号公報）に記載されたものと同一構造のものを用いることができるので、これらのユニットの構造については詳しい説明を省略する。また、剥離ユニット１０、回収ユニット５０としては、例えば前述した特許文献２（特開２０１０−５０１８３号公報）に記載されたものと同一構造のものを用いることができるので、これらのユニットの構造については詳しい説明を省略する。

この薄膜形成システムでは、柔軟なシートフィルムをその形状を保ちながら搬送するために、前述した従来技術でも行われているようにリング状の保持枠を装着したリング体の状態でシステム内を移動させる。ただし、前記従来技術の装置ではシートフィルムがリングを装着された状態で外部から搬入されてくるのに対して、本実施形態では、外部からはリング未装着のシートフィルム単体を受け入れてシステム内部でリングの装着・取り外しを行うことによりリングをシステム内で循環させるようにしている。

リングを装着された状態でシートフィルムを受け入れる装置の場合、シートフィルム１枚ごとに１組のリングが必要であり、多数枚の基板に対して処理を行う場合、大量のリングを用意しておかなければならず、装置コストおよび基板の処理コストが高くなってしまう。また、本来は極めて薄いシートフィルムもリングを装着すると嵩張るため、それらを保管するためのスペースが必要となる上に、大量搬送にも適さない。

これに対して、以下に詳述するようにシステム内でリングを循環させるように構成された本実施形態においては、外部からシートフィルムを単体で受け入れるため一度に多数枚のシートフィルムを搬入することができ、またフィルムを積層しておくことにより保管スペースも小さくて済む。さらに、リングは最少の場合１組、処理効率上より好ましくは数組用意しておけばよいので、装置コストおよび基板処理コストを大幅に低減することが可能である。もちろんリングを保管するためのスペースも最小限で済む。

図３はリング体の構造を示す分解組立斜視図である。このリング体ＲＦは、上部リングＲｕｐと下部リングＲｄｗとで樹脂製のシートフィルムＦの周縁部を挟み込むことによってシートフィルムＦを保持したものである。上部リングＲｕｐおよび下部リングＲｄｗは例えばアルミニウムにより同一径に形成された円環であり、このうち上部リングＲｕｐ上面の一部には４枚の磁性体（例えば鉄または鉄系合金）材料からなるプレート９１が取り付けられている。

また、上部リングＲｕｐには上記プレート９１とは異なる位置に複数の永久磁石９２が埋め込まれる一方、下部リングＲｄｗにも同数の永久磁石９３が埋め込まれている。永久磁石９２と永久磁石９３とは、上部リングＲｕｐと下部リングＲｄｗとを重ね合わせたときに互いに相対する位置に取り付けられるとともに、互いに引き合う極性となっている。このため、上部リングＲｕｐおよび下部リングＲｄｗが直接またはシートフィルムＦを挟んで重ね合わせられると、永久磁石の吸着力によって上下リングが一体化される。

上部リングＲｕｐおよび下部リングＲｄｗの外周面の各１箇所に、位置決め用の切り込み部９４、９５が設けられている。また、上部リングＲｕｐには複数の貫通孔９６が穿設される一方、下部リングＲｄｗにも複数の貫通孔９７が設けられている。上部リングＲｕｐの貫通孔９６と、下部リングＲｄｗの貫通孔９７とは互いに異なる位置に設けられており、上部リングＲｕｐと下部リングＲｄｗとを一体化させたときにそれぞれの貫通孔が重なり合うことがないようになっている。これらの貫通孔９６、９７の機能については後述する。

図４はセンターロボットの構造を示す図である。より詳しくは、同図（ａ）はセンターロボット７０を上方より見た平面図であり、同図（ｂ）はその側面図である。このセンターロボット７０は多関節ロボットであり、ロボット本体７０１と、そのロボット本体７０１の頂部に取り付けられた２本の多関節アーム７０２、７０３と備えている。このロボット本体７０１は、回転軸ＡＸ1回りに回転し、さらにＺ方向に伸縮自在となっている。

また、多関節アーム７０２の先端部には基板Ｗを保持するための基板ハンド７０４が取り付けられている。基板ハンド７０４の上面には基板Ｗの外周部を把持するための把持爪７０４ａが設けられている。一方、基板ハンド７０４の下面には図示しない排気装置に連通された多数の小孔が設けられており、基板Ｗの上面を真空吸着することができる。すなわち、基板ハンド７０４は、その上面側に基板Ｗを載置する、またはその下面側で基板Ｗを真空吸着するという２つの方法で基板Ｗを保持することができる。また、もう一方の多関節アーム７０３の先端部には上部リングＲｕｐを磁気吸着して保持するためのリングハンド７０５が取り付けられている。

図５はリングハンドのより詳細な構造を示す図である。このリングハンド７０５には、図４および図５（ａ）に示すように、上部リングＲｕｐに取り付けられた４つのプレート９１に対応して４つの電磁石７０６が固設されている。制御ユニット４からの制御指令に応じて電磁石７０６が励磁されると、上部リングＲｕｐのプレート９１を電磁吸着して上部リングＲｕｐまたは上部リングＲｕｐに下部リングＲｄｗやシートフィルムＦが一体化されたリング体ＲＦを保持することができる。また電磁石７０６の励磁を停止することで、上部リングＲｕｐまたはリング体ＲＦの保持を解除することができる。なお、この磁気吸着に変えて真空吸着によって保持するようにしてもよい。即ち、リングハンド７０５の電磁石７０６に代えて吸引機構の吸着孔を配置するようにしてもよい。

また、上部リングＲｕｐに穿設された貫通孔９６に対応する位置には、上下リングを分離させるための突き出し機構７０７が設けられている。図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図５（ｂ）に示すように、突き出し機構７０７は内部に突き出しピン７０８を収容しており、制御ユニット４からの制御指令に応じてリングハンド７０５下面から下向きに突き出しピン７０８を突出させることができる。図５（ｃ）に示すように、突き出しピン７０８が下向きに突き出された状態では、突き出しピン７０８の先端が上部リングＲｕｐに設けられた貫通孔９６を通して下部リングＲｄｗの上面を下向きに押し出す。これにより、永久磁石９２、９３によって電磁吸着されている上部リングＲｕｐと下部リングＲｄｗとが分離される。

このとき、上部リングＲｕｐがリングハンド７０５に保持された状態で下部リングＲｄｗのみを分離するために必要な条件は、プレート９１に対する電磁石７０６の電磁吸引力の合計をＦ１、突き出しピン７０８が下部リングＲｄｗを押す力の合計をＦ２、永久磁石９２、９３間の電磁吸引力の合計をＦ３としたとき、Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ３の関係が成立することである。なお、プレート９１に対する電磁石７０６の電磁吸引力Ｆ１については、上部リングＲｕｐ、下部リングＲｄｗ、薄膜を形成されたシートフィルムＦおよび基板Ｗの総重量よりも大きくなければならない。

塗布ユニット３４について図６は塗布ユニットの構成を示す図である。また、図７は図６の塗布ユニットの部分構成を示す断面図である。この塗布ユニット３４は、シートフィルムＦの保持部である円板状のステージ３４０と、このステージ３４０を回転させる回転機構としてのモータ（図示省略）の回転軸３４２と、塗布液である例えばＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）液を塗布するためのＳＯＧ液用吐出ノズルである塗布手段を構成する塗布ノズル３４３と、エッジリンスを行うべくシートフィルムＦの周縁部分に洗浄液を吐出する洗浄液用吐出ノズルであるエッジリンスノズル３４４と、塗布液や洗浄液等が塗布ユニット３４の周辺に飛散するのを防止する飛散防止カップ３４５と、制御手段３４８を備えている。制御手段３４８は回転軸３４２に回転を制御したり、図示しない処理液供給系を制御して塗布ノズル３４３とエッジリンスノズル３４４からそれぞれの処理液の吐出動作を制御する。なお、制御手段３４８は、前述制御ユニット４の一部を構成するものである。

このステージ３４０は、それぞれ円盤形状のステージ上部３４１とステージ下部３４９のネジ等により貼り合わせて構成される。ステージ上部３４１の中央部３４１ａは、図７に示すように、下リングＲｄｗの厚み分に相当する厚みを有し、ステージ上部３４１の中央部３４１ａ全体はステージ下部３４９上で円錐台形状を有している。すなわち、ステージ上部３４１の周縁部３４１ｂが下リングＲｄｗの円環幅ＷＤ分だけ中央部３４１ａよりも下リングＲｄｗの厚みＨ分だけ低くなっており、下リングＲｄｗがすっぽりとステージ上部３４１の周縁部３４１ｂに嵌まり込むとともに、下リングＲｄｗ上に載置されているシートフィルムＦの中央部がステージ上部３４１の中央部３４１ａにそのまま載置される。具体的には、リング体ＲＦがセンターロボット７０によってステージ３４０に搬入された後、上リングＲｕｐのみがセンターロボット７０により塗布ユニット３４の外に搬出される。なお、その詳細については後で説明する。

また、この実施形態では、下リングＲｄｗのステージ３４０への載置を良好に行うために、ステージ上部３４１の円錐台状の中央部３４１ａが裾野位置で下リングＲｄｗの内径とほぼ同一外径を有する一方、頂部近傍で下リングＲｄｗの内径よりも小さくなっており、ステージ下部３４９の上面における段差部３４１ｃにテーパを設けている。

また、このステージ上部３４１の上面周縁には、図７に示すように、吸着孔３４６が複数個設けられるとともに、ステージ３４０内部に設けられた連通部３４７を介して図示を省略する真空ポンプと接続され吸引機構を構成されている。このため、上記のようにステージ３４０に載置された下リングＲｄｗおよびシートフィルムＦはステージ３４０にしっかりと真空吸着される。そして、このように構成されたステージ３４０の周囲を飛散防止カップ３４５が取り囲む構成になっている。即ち、真空ポンプと連通部３４７が本発明の吸引機構を構成して、吸着孔３４６が真空チャックとして機能することで、ステージ３４０が基材保持部に相当し、これらによって基材保持機構が構成される。

ステージ下部３４９のステージ上部３４１の下面に対向する上面には連通部３４７が分岐した複数の溝が放射状に形成され、その端部が吸着孔３４６に連絡されている。そして、吸着孔３４６に対向したステージ下部３４９の上面の外側である周縁部にはＯリング３４９ａが配設される。更に外側の下リングＲｄｗに対向する部位には電磁石３４９ｂが埋設されており、この電磁石３４９ｂの磁気吸着の切り替えによって下リングＲｄｗがステージ下部３４９上に固着される。

更に、吸着孔３４６はシートフィルムＦの周縁部に相当する領域であるステージ上部３４１の中央部３４１ａの周縁部に図７（ｂ）に示すように配置される。具体的には、吸着孔３４６は直径１．０ｍｍの吸着孔が３列で円周に沿って等間隔に７２個、総計２１６個が配置される。そして、中央部３４１ａにおける内領域３４１ｄには吸気孔３４６が配置されていない。この内領域３４１ｄはシートフィルムＦに塗布された薄膜材料の基板Ｗへの有効転写領域に相当し、中央部３４１ａの内領域３４１ｄに隣接する外枠領域３４１ｅは非転写有効領域である。このようにすることで、内領域３４１ｄに載置されるシートフィルムＦの部位には吸着跡が発生しない。一方、外枠領域３４１ｅでは吸着孔３４６によってシートフィルムＦは吸引されてステージ上部３４１の中央部３４１ａに吸着される。この時、内領域３４１ｄにおけるステージ上部３４１とシートフィルムＦとの間に空気が十分に吸引しきれずに残存した状態でシートフィルムＦが吸着されることがある。この残存空気を塗布ユニット３４では後述する以下の動作によって排気し、排除した状態で吸着を達成する。即ち、ステージ上部３４１においてシートフィルムＦの転写有効領域である内領域３４１ｄに吸着孔３４６を配置しない真空チャック構造を採用することで吸着跡が発生することを確実に防止している。

ここで、シートフィルムＦの厚みは、３０μｍから２００μｍで、好ましくは５０μｍである。厚みが３０μｍより薄くなるとシートフィルムＦをフィルム搬送ロボット３９によって搬送するのが困難となり、２００μｍより厚くなるとリング体ＲＦでシートフィルムＦを挟みこんで保持することが困難となる。このようなシートフィルムＦをステージ３４０に載置して塗布膜厚ムラを防止する上で、ステージ上部３４１の中央部３４１ａで特に有効転写領域である内領域３４１ｄの表面の凹凸が影響する。

そこで、ステージ上部３４１は表面がアルマイト処理されたアルミニウム（Ａｌ）またはアルミナで成形される。具体的にはアルミナ（酸化アルミニウム）でシートフィルムＦの裏面を支持する上面が、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１で定義される最大高さ（表面粗さ）をＲｚとした時、５μｍより小さく好ましくは３μｍより小さく形成している。即ち、ステージ上部３４１の表面粗さの度合いによってシートフィルムＦとステージ上部３４１との密着性が異なるので上記のように設定することでシートフィルムＦのしわやたるみに伴う塗布膜厚ムラを低減している。なお、ステージ上部３４１の表面粗さに関しては内領域３４１ｄのみならず、外枠領域を３４１ｅに相当する部位を含んだ中央部３４１ａの全面の所望の表面粗さに形成するようにする。

ここで、この薄膜形成システムによる薄膜形成プロセス（図２）のうち、最初から転写工程まで（ステップＳ１０〜Ｓ４０）の動作について説明する。剥離ユニット３５および回収ユニット３６の構造と、これらを用いた剥離・回収工程（ステップＳ５０）以降のプロセスについては後に詳述する。

まず最初に、外部からフィルムカセットおよび基板カセット１１が搬入される（ステップＳ１０）。基板カセット１１はインデクサ部１に設置される一方、フィルムカセットはフィルムカセット載置台３３に設置される。薄膜形成部３内には、予め上部リングＲｕｐと下部リングＲｄｗとの組が少なくとも１組導入されている。ここでは１組の場合について説明し、複数組の場合については後に説明する。１組のリングは、上下リングが一体化された状態でリング載置台３２に置かれている。続いて塗布工程（ステップＳ２０）が実行される。

図８は塗布工程における処理を示すフローチャートである。また、図９および図１０は塗布工程における動作を模式的に示す図である。まず、塗布ユニット３４内に下部リングＲｄｗを設置する（ステップＳ２０１）。より具体的には、センターロボット７０が、一体化された状態でリング載置台３３に載置された上部リングＲｕｐと下部リングＲｄｗを吸着保持してこれを塗布ユニット３４内に搬入し、図９（ａ）に示すように、塗布ユニット３４内に設けられた円筒形のステージ３４０に載置する。次いで、突き出し機構７０７を作動させて上下リングの結合を切り離し、図９（ｂ）に示すように、上部リングＲｕｐのみを塗布ユニット３４の外部へ搬出する。その結果、下部リングＲｄｗのみが塗布ユニット３４のステージ３４１上に設置された状態となる。なお、リングハンド７０５は上部リングＲｕｐを吸着保持した状態で待機している。下部リングＲｄｗはステージ下部３４９の電磁石３４９ｂにより磁気吸着される。

ステージ３４０は略鉛直軸周りに回転自在となっており、その中央部３４１ａの上面は平坦に仕上げられている。中央部３４１ａは周縁部３４１ｂの上面に対して下部リングＲｄｗの厚み分だけ盛り上がっており、その直径は下部リングＲｄｗの内径とほぼ等しくなっている。そのため、ステージ３４０上に下部リングＲｄｗが設置された状態では、ステージ３４０の中央部３４１ａと下部リングＲｄｗの上面とが揃ってほぼ単一の平面をなす。また、ステージ上部３４１の中央部３４１ａには真空吸着機能が備えられており、載置された物体を真空吸着することができる。

次に、フィルムカセットからシートフィルムを１枚取り出し、塗布ユニット３４内に搬入する（ステップＳ２０２）。具体的には次のようにする。フィルムカセット載置台３３と塗布ユニット３４との間に設置されたフィルム搬送ロボット３９（図１）は、下面に真空吸着機能を有するリング状のハンド３９１を備えており、フィルムカセット内に積層されたシートフィルムの１枚を、その周縁部で吸着保持することができる。フィルムカセットの構造としては、例えば前述の特許文献１（特開２００４−２９６８５５号公報）に記載されたものを用いることができる。フィルム搬送ロボット３９は、図９（ｃ）に示すように、こうして保持した１枚のシートフィルムＦを塗布ユニット３４内のステージ３４０上に搬入する。このときステージ３４０の中央部３４１ａの真空吸着を開始するとともにハンド３９１による吸着を解除することにより、シートフィルムＦはハンド３９１からステージ３４０に受け渡される。ステージ３４０の中央部３４１ａと下部リングＲｄｗとは上面の高さが揃っているので、シートフィルムＦは平らな状態でステージ３４０上に載置され、吸着保持される。吸着動作は真空ポンプが作動して連通部３４７を介して全ての吸着孔３４６から吸気することで２１６個の吸着孔３４６がシートフィルムＦの裏面を吸引することとなる。

次に、塗布ユニット３４に設けられたモータ（図示省略）が作動し、図９（ｄ）に示すように回転軸３４２が回転し始め、この回転に伴って、ステージ３４０、さらにはシートフィルムＦが回転される。この時、塗布ノズル３４３から塗布液を吐出せず、吸着孔３４６からの吸気を継続して回転することでステージ上部３４１の中央部３４１ａの吸着孔３４６が配置されていない内領域３４１ｄとシートフィルムＦとの間に残存する空気を吸引することでシートフィルムＦの波打ち防止作用として機能させる。結果、以後に続く塗布液の塗布中にシートフィルムＦの波打ちが残らず、塗布膜厚ムラの発生が防止される。ここでシートフィルムＦのみによる回転動作は、回転速度にもよるが残存する空気が吸引される時間を予め実験で求めた時間を事前に制御手段３４８に設定する。具体的にはステージ３４０は２０００ｒｐｍの回転速度まで加速され、その状態で所定時間回転する。または、図示しない操作部より設定時間を任意に設定可能に構成してもよく、塗布膜厚ムラが発生した場合に設定時間を十分に長く変更することで制御手段３４８によってステージ３４０を回転すればよい。更に、断続的に回転制御するようにしてもよい。

続いてスピンコート法によりシートフィルムＦに薄膜材料を含む塗布液を塗布する（ステップＳ２０３）。すなわち、図９（ｄ）に示すように、ステージ３４１に連結された回転軸３４２を図示しない駆動機構により回転駆動することで、ステージ３４１を回転させる。ステージ３４０の回転速度は直前に行われた残存空気排気工程より約１０ｒｐｍまで回転速度を落として回転動作を継続される。そして、その回転中心上方に設けた塗布ノズル３４３から薄膜材料としてのＳＯＧを含む塗布液を所定量シートフィルムＦ上に供給することにより、シートフィルムＦ上に薄く均一な塗布液の層を形成する。即ち、少し遅れてシートフィルムＦの中心点に向かってＳＯＧ液を供給する。すると、シートフィルムＦの回転に伴う遠心力によって、シートフィルムＦの中心から全面にわたってＳＯＧ液が塗布される。このとき、シートフィルムＦの外側に飛散したＳＯＧ液は飛散防止カップ３４５、さらには図示を省略する排出管を介して塗布ユニット３４の外部に排出される。所定量の塗布液が供給された後に、ステージ３４０の回転速度を１０ｒｐｍから上昇させて膜厚を均一化するため所定時間振り切り工程を行う。

薄膜材料の塗布後、続いてエッジリンス処理を行う（ステップＳ２０４）。すなわち、図９（ｄ）に示すように、振り切り工程の回転速度より低速にしてステージ３４１を回転させながらシートフィルムＦの周縁部に向けて設置されたエッジリンスノズル３４４から洗浄液を供給することにより、シートフィルムＦの周縁部に付着した塗布液を洗い流す。これにより、シートフィルムＦには、その周縁部を除く表面に薄膜Ｒが担持されることとなる。即ち、エッジリンスノズル３４４よりシートフィルムＦの周縁部分に向かって洗浄液が吐出され、ここでも、シートフィルムＦの回転は継続されているため、この回転によって、シートフィルムＦの周縁部分に付着していた塗布液が除去される。

次に、上部リングＲｕｐを塗布ユニット３４内に戻し入れ、下部リングＲｄｗと結合させてリング体ＲＦを形成する（ステップＳ２０５）。すなわち、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、リングハンド７０５に保持された状態で塗布ユニット３４外に待機させていた上部リングＲｕｐを再び塗布ユニット３４内に搬入し、ステージ３４１上の下部リングＲｄｗに重ね合わせて一体化させる。これにより、薄膜Ｒを担持したシートフィルムＦを上部リングＲｕｐと下部リングＲｄｗとで挟持したリング体ＲＦが形成される。

これに続いて、真空ポンプを停止させてシートフィルムＦの真空吸着を解除する。ここで、単に真空ポンプを停止させたのみではシートフィルムＦがステージ３４０から剥離しにくい場合には、例えば窒素ガスを連通部３４７にパージして連通部３４７および吸着孔３４６を陽圧するのが望ましい。同時に下部リングＲｄｗとステージ３４０の磁気吸着を解除する。

なお、この実施形態における塗布ユニット３４では、塗布液としてＳＯＧ液を用いたが、半導体のフォトリソグラフィに用いられるフォトレジスト液等に例示されるように、基板Ｗに対して形成すべき薄膜を構成する塗布液ならば、特に限定されるものではない。

こうして形成されたリング体ＲＦについては、図１０（ｃ）に示すように、リングハンド７０５により保持したまま塗布ユニット３４から搬出し（ステップＳ２０６）、乾燥ユニット３６に搬入してシートフィルムＦ上の薄膜Ｒを完全に乾燥させる（ステップＳ７０）。乾燥ユニット３６の構成およびそれにより実行される乾燥工程については特許文献３（特開２００３−１００７２７号公報）に詳しく記載されているのでここでは説明を省略する。

図１１は転写工程における処理を示すフローチャートである。また、図１２は転写工程における動作を模式的に示す図である。転写ユニット３５の構造は特許文献３（特開２００３−１００７２７号公報）に記載されたものと同一である。転写工程では、まずリング体ＲＦを転写ユニット３５に搬入する（ステップＳ４０１）。すなわち、図１２（ａ）に示すように、センターロボット７０がリングハンド７０５により乾燥ユニット３６から取り出した乾燥処理後のリング体ＲＦを転写ユニット３５内のステージ（第２のステージ）３５２に設置する。

続いて、基板Ｗをフェースダウン状態で搬入し、シートフィルムＦ上の薄膜Ｒに密着させる（ステップＳ４０２）。基板カセット１１内では、基板Ｗは薄膜を形成すべき表面Ｗｆを上向きにして、すなわちフェースアップ状態で保管されている。この基板Ｗは基板搬送ロボット２により基板カセット１１から１枚ずつ取り出され反転ユニット３１に受け渡される。反転ユニット３１により表面Ｗｆを下向き、裏面Ｗｂを上向きのフェースダウン状態に反転された基板Ｗを、センターロボット７０が基板ハンド７０４の下面で受け取り、図１２（ｂ）に示すように、これをステージ３５２に載置したリング体ＲＦに重ねる。基板ハンド７０４の下面で基板Ｗの裏面Ｗｂを吸着保持することにより、薄膜を形成すべき基板表面Ｗｆに触れることなく搬送することができ、またステージ３５２へのフェースダウン状態での載置を簡単に行うことができる。

さらに、図１２（ｃ）に示すように、ステージ３５２と、その上方に設けた第１のステージ３５１とでシートフィルムＦと基板Ｗとを挟み込んで加圧するとともに、それぞれのステージに設けたヒータ３５３，３５４により加熱する。これにより、シートフィルムＦ上に担持された薄膜Ｒが基板Ｗの表面Ｗｆに転写される（ステップＳ４０３）。そして、第１および第２のステージ３５１，３５２を離間させた後、図１２（ｄ）に示すように、リング体ＲＦに基板Ｗが一体化されてなる構造体をリングハンド７０５により転写ユニット３５から取り出し（ステップＳ４０４）、続いてこれを剥離ユニット１０に搬入し、基板ＷからシートフィルムＦを剥離する。

次に、剥離ユニット１０および回収ユニット５０の構成およびそれにより実行される剥離工程については特許文献２（特開２０１０−５０１８３号公報）に詳しく記載されているのでここでは説明を省略する。なお、これらのユニットは上記した転写工程までを実行することにより形成されるリング体ＲＦと基板Ｗとが一体化された構造体を処理対象物としている。

転写処理が完了すると、センターロボット７０は、シートフィルムＦに基板Ｗが貼り付いた状態のままリング体ＲＦを剥離ユニット１０に搬送する。そして、剥離ユニット１０では剥離処理を実行する。

剥離処理で、１つの基板Ｗについて、基板ＷからのシートフィルムＦの剥離および回収が完了する。一連の動作をワークごとに繰り返すことで多数のワークについての処理を連続的に行うことができる。こうして回収ユニット５０に回収・貯留されたシートフィルムについては、オペレータが必要なタイミングで扉から取り出し、再利用または廃棄することができる。

センターロボット７０は、薄膜Ｒが転写された基板Ｗを基板ハンド７０２によって、また上部リングＲｕｐと下部リングＲｄｗとを一体的にリングハンド７０５によって、剥離ユニット１０からそれぞれ搬出する。このとき基板Ｗはフェースダウン状態であり、センターロボット７０は基板Ｗを反転ユニット３１に受け渡す。反転ユニット３１が基板Ｗをフェースアップ状態に反転させると、基板搬送ロボット２がこれを受け取って基板カセット１１に収容する。これにより１枚の基板Ｗに対する一連の処理が完結する。

そして、基板搬送ロボット２が新たに基板カセット１１から未処理基板Ｗを１枚取り出して上記処理を行う。このとき、基板ＷとシートフィルムＦについては新たにカセットから取り出したものを使用するが、上部リングＲｕｐおよび下部リングＲｄｗについては、前の処理で取り外されたものを再度使用する。これを繰り返すことで、複数の基板Ｗに対して順次薄膜Ｒを形成することができる。

以上説明したように、この実施形態では、塗布ユニット３４においてシートフィルムＦの有効転写領域に対応するステージ上部３４１の内領域３４１ｄに吸着孔３４６を配置しない吸着チャックを用いてスピン塗布を行っているので、シートフィルムＦに吸着に伴う接触跡に伴う塗布膜ムラが発生しない。更に、吸着後の塗布工程の前にシートフィルムＦを回転動作させることによりシートフィルムＦとステージ３４０との間に残存する空気を排気しているので残存空気が排気されシートフィルムＦに波打ちも防止される。その結果、塗布膜厚ムラの無い転写性能の優れた転写薄膜をシートフィルムＦ上に形成することが出来る。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、半導体基板上にＳＯＧ絶縁膜を形成する薄膜形成システムであるが、薄膜の形成対象および薄膜材料についてはこれらに限定されるものではない。例えば、薄膜の形成対象となる基板としては、半導体ウエハの他に液晶パネル用ガラス基板やフォトマスク用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板や光ディスク用基板などを用いることができる。また、薄膜材料としては、ＳＯＧの他にＳＯＤ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）材料やフォトレジスト材料などを用いることができる。

またシートフィルムに対して親水性の表面処理を施す親水処理ユニットなど他の処理ユニットを有するシステムにも本発明を適用することが可能である。

３４ 塗布ユニット（塗布手段）
３４１ ステージ
３４１ａ 中央部
３４１ｂ 周縁部
３４２ 回転軸
３４３ 塗布ノズル
３４６ 吸着孔
３４８ 制御手段
ＲＦ リング体
Ｆ シートフィルム
Ｗ 基板

Claims (4)

1. 基材の一面の周縁を吸引して吸着する真空チャックにて基材を保持する基材保持部と、
   前記基材保持部の吸引口に連通接続される吸引機構と、
   を有する基材保持機構と、
   前記基材保持機構によって保持された基材の表面に薄膜材料を塗布する塗布手段と、
   前記塗布手段により塗布された薄膜材料を基材の表面に広げるために前記基材保持部を回転する回転機構と、
   前記回転機構を前記塗布手段により薄膜材料が塗布される前に基材を前記基材保持部により保持した状態で回転する制御手段と、を具備するようにしたことを特徴とする塗布装置。
2. 請求項１記載の塗布装置において、前記基材保持部の吸着孔は基材の一面の周縁であり、基材の非有効領域に対応して配置されたことを特徴とする塗布装置。
3. 基材の一面の周縁を吸引して吸着する真空チャックにて基材を保持する基材保持工程と、
   前記基材保持工程によって保持された基材の吸着を継続し、薄膜材料が塗布される前に基材を回転する保持回転工程と、
   前記保持回転工程によって保持し回転後の基材の表面に薄膜材料を塗布する塗布工程と、
   を具備するようにしたことを特徴とする塗布方法。
4. 請求項３記載の塗布方法において、前記塗布工程は前記保持回転工程によって回転中の基材に対して薄膜材料を塗布することを特徴とする塗布方法。

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