JP3585096B2

JP3585096B2 - 回転式塗布装置

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Publication number: JP3585096B2
Application number: JP11275599A
Authority: JP
Inventors: 澄夫春川
Original assignee: Hirata Corp
Current assignee: Hirata Corp
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: JP2000301043A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転式塗布装置に係り、特に硝子基板や金属板などの平坦な枚葉部材などの被塗布部材の表面に塗布液を吐出し、塗膜を形成するときに、半導体基板や液晶硝子基板やプリント基板およびプラズマディスプレイ等の平面な基板上により少ない塗布液を用いて均一厚さの塗膜を形成するための省液塗布を実現できる回転式塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程や液晶表示装置の製造工程において基板にレジスト液等を均一に塗布する装置としてスピンコート法による回転式塗布装置が知られている。
【０００３】
この回転式塗布装置によれば、基板の塗布面を上にして裏面側を吸引して保持し、低速回転させながら、中心に多めの塗布液を落下させ、その後に、高速回転させることで遠心力の作用により均一に拡散させ、かつ余分な塗布液を振り切るものであった。このために、１枚の基板の塗布有効面に必要な塗膜形成量の数十倍から百倍近くの塗布液を消費している。塗布液は、多くの場合極めて高価であるために、その液浪費が大きな問題であった。
【０００４】
そこで、塗布液の消費量を抑制するために所定幅で塗布がてきる塗布ヘッドを用いた塗布方法が提案されている。すなわち、特開平４−３３２１１６号公報や特開平７−２８７１５号公報に開示されるように、平らな塗布面を有する基板に、所定幅の直線状の開口部を有する塗布ヘッドを用いて塗布液を定量吐出することで一次塗布膜を形成し、高速回転にともなう遠心力により一次塗布膜を均一に拡散して二次塗布膜を形成することで所望する薄膜を形成しようとする技術が知られている。
【０００５】
また、円形基板においては、塗布ヘッドを基板の回転中心に配置し、基板を回転させることで塗布有効面のほぼ全域に塗布する方法が知られている。
【０００６】
しかしながら、半径方向に伸びた塗布ヘッドを用いて得られる一次塗膜は周速度の違いから、中央部で厚塗りであり基板外周にいくにつれ薄くなるが、高速回転で得られる二次塗膜の品質は、高速回転前に有効面全域にいかに塗布液を載せたどうかで決定される。すなわち、外周部でカスレ現象が起きないような一次塗布を行なうことから、中央部が高くなる山形の塗布は避けられれず、液浪費は依然として解消されない。
【０００７】
このように中央部が山形に成る点を改善するために、特開昭５９−１１２８７２号公報や実案登録３００４８２４号がある。特開昭５９−１１２８７８号公報によれば、多数の細孔ノズルを直線状に配置し細孔径を回転外周に行くほど大きくなるようにしたり、また外周に行くほど細孔の長さを短くすることで管内抵抗が低下するようにしたものである。また、実用新案登録３００４８２４号の技術は塗布ヘッドの開口幅を回転中心から外周にかけて広げるものである。
【０００８】
しかしながら、連通した流路から圧送する流体は低い抵抗の流路を流れる傾向にあり、特に省液を目指して微量吐出口を中央部に設け外周部における吐出口を広くしたり抵抗差をつけようものなら中央部には全く吐出できない場合がある。開口幅にそれなりの抵抗差を設け吐出量を制御する方法は限界があり、期待通りの均一な一次塗布薄膜を得ることは難しい。
【０００９】
そこで、特開平１０−２８４３８１号公報に見られるように、塗布ヘッドを用いて縞状または格子状に塗布した一次塗布膜を形成した後に、高速回転にともなう遠心力により一次塗布膜を均一に拡散して二次塗布膜を形成する装置も提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、実用新案登録の３００４８２４号によれば、基板を回転させつつ塗布ヘッドの開口部の向きを回転基板の半径方向に配置し、外周方向へ速度制御を行ないながら移動させるようにしている。しかしながら、この方法では塗布ヘッドの開口部の長さを長くすればするほど回転中央部と外周部との吐出量を工夫する必要がある。また、短くすると塗布完了までにかなりの時間を要することから、乾燥進行による厚塗りは避けられないので液効率の点からはまだ改善しなければならないといった問題がある。さらに、特開平１０−２８４３８１号公報に提案された一次塗布膜は、二次塗布膜を形成するときの高速回転方向に沿うように塗布されないので、均一化は困難となる。以上のようにスピンコート法による回転式塗布装置で液効率を向上させ、高い精度の二次塗布膜の均一薄膜化を図ることは難しい。
【００１１】
したがって、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、塗布ヘッドを用いて一次塗布膜を形成した後に、高速回転にともなう遠心力により二次塗布膜を形成する回転式塗布装置において、二次塗布膜に大きな影響を与える一次塗布膜を塗布するときに、基板回転の中央部が山形になったり、不均一な状態となることがなく、しかもより少ない塗布液で塗布することができる回転式塗布装置の提供を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、平らな塗布面を有する基板に、所定幅の直線状の開口部を有する塗布ヘッドを用いて塗布液を定量吐出することで一次塗布膜を形成し、高速回転にともなう遠心力により前記一次塗布膜を均一に拡散して二次塗布膜を形成する回転式塗布装置であって、前記塗布面を上にして基板を吸着により保持し、回転する回転保持手段と、前記塗布ヘッドと前記回転保持手段とを相対的に昇降する昇降手段と、前記塗布ヘッドを、前記回転保持手段の回転中心を中心とし、前記開口部を半径とした円形塗布面を塗布する第１の塗布ヘッドと、前記円形塗布面の外側において、前記円形塗布面の回転中心と同じとする少なくとも１つ以上の隣接する環状塗布面に対して塗布する少なくとも１つ以上の第２の各塗布ヘッドとに分割するとともに、隣接する前記円形塗布面及び前記各環状塗布面は内周及び外周で接し、単位分の回転したときに、前記各塗布ヘッドが前記円形塗布面及び前記各環状塗布面上に描かれる各軌跡の単位面積当たりの定量吐出の協動により、前記一次塗布膜が略同じ厚さとなるように塗布することを特徴としている。
【００１３】
また、平らな塗布面を有する基板に、所定幅の直線状の開口部を有する塗布ヘッドを用いて塗布液を定量吐出して一次塗布膜を形成し、高速回転にともなう遠心力で前記一次塗布膜を均一に拡散して二次塗布膜を形成する回転式塗布装置であって、前記塗布面を上にして基板を吸着して保持し、回転する回転保持手段と、前記塗布ヘッドと前記回転保持手段とを相対的に昇降する昇降手段と、前記塗布ヘッドを、前記回転保持手段の回転中心を開始位置とし、前記開口部を半径とした円形塗布面の外周を終点位置とした距離内と、前記円形塗布面の接線方向に概ね沿う位置を開始位置とし前記円形塗布面と同じ塗布面積となる環状塗布面の外周円を終点位置とした距離内において、単位時間当たりの塗布有効面積が概一定になるように、順次、前記塗布ヘッドの移動速度を制御して駆動する塗布ヘッド移動手段とを備え、前記回転保持手段による基板の回転と、前記塗布ヘッドの前記移動速度による移動に伴う塗布液の定量吐出の協動とにより、前記一次塗布膜が略同じ厚さとなるように塗布することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な各実施形態について添付図面を参照して述べる。
【００１５】
図１は、回転式塗布装置１の全体構成を示した外観斜視図である。また、図２は、図１に図示の回転テーブル４と塗布ヘッド５の位置関係を示した平面図（ａ）、同正面図（ｂ）、（ｃ）である。
【００１６】
図１において、半導体基板や液晶硝子基板やプリント基板およびプラズマディスプレイ等の平面な基板３は、図示のように一対のフォーク１６上に載置された状態で回転式塗布装置１と別の装置間でやり取りすることで所望の塗膜が形成される。この装置１の基部２上には、後述するモータ１１の本体側が固定されている。このモータ１１の出力軸か、または不図示のモータから動力を受けることで矢印方向に低速と高速とで回転駆動される回転テーブル４が装置１の上方の開口部に設けられている。この回転テーブル４は、図示のように平らな円形の吸着面を有しており、その吸着面上において真空発生装置１５からバルブ１４を介して真空圧を供給することで基板３を吸引保持するための無数の吸着孔４ａが設けられている。
【００１７】
上下方向の移動については、基部２に固定される昇降モータ１２の昇降動作で行なう。
【００１８】
以上の構成により、回転テーブル４を上方に配設された塗布ヘッド５に対して相対的に昇降するようにして、後述の塗布を行ない、塗布ヘッド５を退避させてから基板３を不図示のロボット装置のフォーク１６上に載置して移載できるように構成されている。
【００１９】
回転テーブル４の外周側には、回転テーブル４の高速回転にともない飛散する過剰な塗布液を飛散防止して回収処理する回収ケース９が設けられている。
【００２０】
一方、図示のように５個の同じ塗布ヘッド５には、塗布液供給装置６からバルブ７を介して供給される塗布液を導入する配管と、塗布直後に塗布ヘッド５内部から強制的に塗布液を吸引するサックバルブ８に接続された配管が設けられており、後述の塗布を可能にしている。以上の各バルブとモータは制御装置１０に接続されており、制御装置１０からの指示に基づき連動して動作できるように構成されている。
【００２１】
次に、図２（ａ）において、各塗布ヘッド５の配置と塗布原理を説明する。
【００２２】
第１の塗布ヘッド５Ａは、一端を回転中心Ｏに配置しｙ方向に幅寸法ｈの開口部を配置する。この結果、回転テーブル４が矢印方向に３６０度分回転すると、開口部を半径としたπｈ^２の面積の円形塗布面ａが塗布される。
【００２３】
次に、開口部が円形塗布面ａの接線方向に概ね沿うように配置されて円形塗布面ａを内接円とし、円形塗布面ａと同じ塗布面積となる第１の環状塗布面ｂを塗布する第２の塗布ヘッド５Ｂを図示のように配設する。
【００２４】
この第２の塗布ヘッド５Ｂで塗布される塗布面積は、直角三角形のピタゴラスの定理により図中の計算式から求めることができるので、円形塗布面ａの面積であるπｈ^２と同じ面積であるπｈ^２の面積の第１の環状塗布面ｂとなる。
【００２５】
さらに、この第１の環状塗布面ｂの外周円の接線方向に開口部が概ね沿うように配置されることで、第１の環状塗布面ｂの外周円を内接円とした第２の環状塗布面ｃを塗布する第３の塗布ヘッド５Ｃをさらに配設する。
【００２６】
以下、同様に開口部が第２の環状塗布面ｃの外周円の接線方向に概ね沿うよう開口部が配置されることで、第２の環状塗布面ｃの外周円を内接円とする第３の環状塗布面ｄを塗布する第４の塗布ヘッド５Ｄと、開口部が第３の環状塗布面ｄの外周円の接線方向に概ね沿うように配置されることで、第３の環状塗布面ｄの外周円を内接円とする第４の環状塗布面意ｅを塗布する第５の塗布ヘッド５Ｅを配設する。
【００２７】
以上のように同じ塗布ヘッド５を図中のｘ軸方向に平行移動するように配置する。以上の各塗布ヘッド５Ａ〜５Ｅを同じ長さ同じ開口幅の定量吐出可能なスロットノズルとして塗布流体を塗布しつつ１回転させると、全て等量塗布されることになる。円盤Ｐに描いた円ａ円環ｂ，ｃ，ｄ，ｅには各々の塗布ヘッドで、図２（ｂ）に示すように回転中心○を中心とした各ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの塗布面に塗布した塗布液の各平均膜厚は略等しくなる。
【００２８】
この結果、比較のために破線で図示した従来の塗布ヘッド１０５で塗布した場合の破線図示の膜厚分布である図２（ｃ）とは比較にならないほど平均化した平均厚みＴの一次塗布膜を形成でき、その後に高速回転して均一塗膜を形成でき、しかも余剰な塗布液もきわめて少なくなる。
【００２９】
つまり１本の塗布面積の半径もしくは直径を有するスロットを回転中心位置にその端部もしくは中央部に配置し回転する基板に塗布させて形成したときの破線図示の膜厚分布を外周部に形成する塗膜の勾配（本案環状円ｅの勾配）と等しくなるようにした場合に顕著に相違することになる。
【００３０】
このようにして塗布有効面を等面積に分割できるような等量吐出塗布ヘッドにより塗布することにより、概ね等厚の薄膜塗布が可能となる。また、図面では接線方向に沿うように直交して塗布ヘッドの開口部が配置される要図を示したが、ｙ軸に対してそれぞれが傾斜するようにしても良い。
【００３１】
図３は、塗布ヘッド５の断面図であり、（ａ）は開口部の長手方向に破断して示した横断面図であり、（ｂ）は開口部に直交して破断して図示した縦断面図である。
【００３２】
図３において、各塗布ヘッド５Ａ〜５Ｅは図示のように３枚の異なる厚さを有するスペーサ部材１７を介在して不図示のボルトナットにより重ねるようにして完成される。完成後には、互いに連通するとともに上記の供給装置６とサックバルブ８に出入口が接続されるようにした流路１８が形成される。この流路と１８により、各塗布ヘッドの空間部１９内に塗布液を同じように安定供給する。空間部１９はスロット２０の開口部に連通しており先端から矢印方向に同量吐出できるようにしている。
【００３３】
以上のように各塗布ヘッドは、幅寸法Ｗ（即ち開口部の幅寸法ｈ）のスロットを形成するスリット２０の開口部に連通し開口部の上部に開口長とほぼ同等の長さを持ち、圧力流体をスロット部に安定して送り出すことができる。このような塗布ヘッドを複数個と塗布ヘッドを適当な間隔で配置した集合塗布ヘッドとして、開閉バルブのオンオフにより塗布液の供給タイミングを制御する。また排出口にも開閉バルブを設けている。スロット間隙が十分に狭くスロット高さを十分に高くして、排出ロのバルブを開き（大気圧）注入口から液を供給すると、スロット内壁抵抗により、液は貫通口を通して各塗布ヘッドの空間部１９に満ち、排出口に至る。
【００３４】
そこで、排出口の開閉バルブを閉じると液はスロット先端部より吐出されるようになる。これを数回繰り返すと塗布ヘッド内には気泡が存在しない液で満タンになった状態を作り出すことができる。そこで、供給ロの開閉バルブを閉じ、排出ロの開閉バルブの先に設けたサックバルブにより液を吸引すると、吐出開口部先端部の液はスロット内に引き込むことができるので、直後に排出口の開閉バルブを閉じる。この状態になると塗布作業を開始できる待機状態となる。なお、供給口への流体供給は一定の圧力で供給されるものであれば、いかなる手段を用いても良い。
【００３５】
このような構成の塗布ヘッドの開口部の先端部と回転する基板の塗布面との間隙を所定値にするために相対的に昇降させつつ塗布を行なうが、その昇降タイミングは塗布ヘッドの供給バルブを開き、塗布ヘッド先端に塗布液が滲み出て小さな液玉を連続的に形成した直後であればより良い。
【００３６】
このようにして基板３が３６０度回転以上するまで塗布を行い、定められた回転角度に達すると液注入口の手前に設けた開閉バルブ７を閉じ、また、液排出口から液の吸引を行ない、昇降手段にて塗布ヘッドもしくは塗布される基板３を昇降移動させる。このようにして形成された塗布面は塗布ヘッドの設置数に見合う小さな波紋波の塗膜が形成されることになり、各波紋状の塗布面間の平均膜厚Ｔは同じ厚みとなり、塗布有効面のほぼ全域が塗布液で濡らされた状態となった一次塗布膜を得ることができる。この後に、基板を所定時間の高速回転させるように回転テーブル４の回転数を制御することで所望する均一膜厚の二次塗布膜を得ることができる。
【００３７】
ここで、以上のように集合塗布ヘッドにおける各塗布ヘッドの開口部の幅寸法を半径と同じように設定することにより、従来のように回転テーブルの直径分の開口部を有する塗布ヘッドの製造に比べて、スリット開口部の先端の直線性を確保する部分が短くなるので、製造工程が非常に簡単になる。
【００３８】
図４（ａ）〜（ｅ）は、塗布ヘッドの配置図である。本図において、上述したものは、中央部に位置する開口部の一端を回転中心に位置決めして、他の一端が描く円に対して概外接するように順次スロットの開口部を配置するようにしたもので、中央部のスロットの開口部の幅寸法ｈは描く円の半径であり、理論上では上記のように波紋状態で一次塗膜を形成できるものであった。図４（ｂ）は、各塗布ヘッド５の開口部の幅にｈ１分余分な大きな開口幅を設けたものであって、このようにすることで波紋の重なり部分をより均一にできる。また、図４（ｃ）は、開口部の幅寸法が２ｈにしたものであり、中央部スロット開ロの中心を回転中心に配置すると描く円の直径となるようにしている。また、図４（ｄ）は、塗布ヘッドの中央部のスロット開口部の幅寸法を他の塗布ヘッドの２倍である２ｈとし、回転中心点を中心にして点対称位置に幅寸法ｈの開口部の塗布ヘッドを２組分配置したものである。そして、図４（ｅ）は、塗布ヘッドの中央部のスロット開口部の幅寸法を他の塗布ヘッドの２倍である２ｈとし、この中心の塗布ヘッドの開口部の線対称位置に幅寸法ｈの開口部の塗布ヘッドを２組分配置したものである。
【００３９】
図４（ｄ）、（ｅ）に図示のように塗布ヘッドを配置することで、図４（ａ）〜（ｃ）において塗布時の回転角度が３６０度以上必要であったものが、１８０度以上であれば良いことになる。
【００４０】
なお、以上のような構成にした塗布ヘッドの中央に位置するスロット開口部は他のスロット開口部と必ずしも平行に配置せず角度を設けたり、直交させても何ら原理に変わらないことはいうまでもない。
【００４１】
次に、図５（ａ）は、図示のような矩形の基板３に対して、図５で示した塗布ヘッド５で塗布を行なったときの各塗布ヘッドが描く塗布円と回転する基板の状態を説明した図である。図５（ｂ）は、塗布ヘッド５Ｄおよび塗布ヘッド５Ｅを取り去り塗布ヘッド５Ｃ延長し、また図５（ｃ）は塗布ヘッド５Ｃを２倍に延長した図である。
【００４２】
図５（ａ）と図５（ｃ）で１サイクル塗布動作に消費する液吐出量を比較すると、図５（ａ）の塗布量を「５」としたとき、図５（ｃ）では「４」となる。また図５（ｃ）の塗布ヘッド５Ｃは環状塗布面ｅの外に一部をはみ出しているので、この環状塗布円ｅ内に収めると図５（ｂ）に示すように「４」以下の塗布量となる。図５（ｂ）の塗布ヘッド５Ｃは環状円ｃ，ｄ，ｅに塗布することになるが、円形塗布面ａおよび環状塗布円ｂにおける平均塗布膜厚は等しく環状塗布面ｃの平均膜厚も一部若干厚め気味であるがほぼ環状塗布面ａ，ｂに等しくなる。
【００４３】
環状塗布面ｄおよびｃでは塗布ヘッド５Ｃのδ、η分の開口部で基板に塗布を行なうことになるが、基板３上における塗布有効面積は環状塗布面ｄの数分の１であり、環状塗布面ｅの数十分の１となる。即ち、図５（ｂ）の例に示したように塗布ヘッド５Ｃの長さを適当な長さにすることで、液効率の高い塗布が実現できることになる。
【００４４】
また、図５（ｂ）の例では塗布ヘッド５Ｃの一端を延長したが、基板３のサイズや開口部の長さ次第では塗布ヘッド５Ｃの両端を適宜延長したり塗布ヘッド５Ｃの配置を塗布ヘッド５Ｂ方向に寄せて、外周部の塗布膜を厚く塗り、高速回転で拡散させることができる。また、塗布ヘッド５の数や開口部の幅寸法や液供給圧力等は、基板の形状、サイズ、所望膜の厚み、塗布対象液の粘性等から適宜選定されることは言うまでもない。
【００４５】
塗布ヘッド５の開口長さは、図６（ａ）の横断面図と縦断面図（ｂ）に図示のように、２つの壁面間にシム２１を挟みボルト２２で締め付けて塗布ヘッド５を形成するようにすれば、シム交換で開口長および開口位置、さらに開口幅Ｗを容易に変更することが可能である。もちろん塗布ヘッドを構成する全ての塗布ヘッドのシムは等厚であることはいうまでもない。
【００４６】
次に、図７は、第２実施形態の回転式塗布装置の動作原理図を示した平面図である。また、図８は塗布ヘッドの動きを示した正面図であって、待機位置（ａ）、塗布開始位置（ｂ）及び基板取り出し位置を示した図である。
【００４７】
先ず図８において既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、塗布ヘッド５は、１つのみが図８において不図示のヘッド移動昇降機構に搭載されている。この塗布ヘッド５には距離センサ２６が固定されており、基板３と開口部の間の距離を測定しつつ移動して、図８に図示のように基板３上への移動に伴う塗布が行なえるように構成されている。また、上述のモータ１１の出力軸となるボールスプライン軸３０（破線図示）の上端に固定されている回転テーブル４は、図示のように昇降モータ１２への通電に伴い上方に移動されるとともに、図８（ｃ）の位置において不図示のロボット装置の一対のフォーク１６が回転テーブル４の外周面の側面であって基板３の下方に潜入するようにして、基板３を載置できるように構成されている。
【００４８】
図７において、上述した各塗布ヘッド５の開口部の幅寸法は等しく塗布ヘッド５Ａの一端が回転中心に配置され他端が円形塗布面ａの外周面まで塗布するようにしたものであったが、このときの、各塗布ヘッド５Ａ〜５Ｅの間隔の比は塗布ヘッド５Ａ、５Ｂ間の長さＡＢであるｈを「１」としたとき直角三角形のピタゴラスの定理から次のようになる。
【００４９】
ＡＢ：ＢＣ：ＣＤ：ＤＥ：ＤＦ：・・・＝１：√２−１：√３−√２：√４−√３：√５−√４：・・・√ｎ−√ｎ−１
したがって、これらの塗布ヘッド間の各距離ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ、ＤＦ間を塗布ヘッド５が移動する時間が等しくなるように移動速度制御を行なえば、単位時間当たりの塗布ヘッドの吐出量および基板回転数が一定である条件下において、塗布面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、…のほぼ全域の塗布膜厚は一定になることになる。そこで、図７において破線で図示される個所を基点及び終点とするように同じ塗布ヘッド５の移動制御を行なうようにしている。ただし、塗布開始点と完了点近傍では多少ばらつくことになる。
【００５０】
以上の塗布動作には２通りあり、回転中央部から塗布を開始する方法と外周部から開始する方法がある。回転中央部から開始する場合には、図７（ｂ）に図示のように低速回転する基板３の上方待機位置Ｐ１から、液吐出を開始しつつ塗布ヘッドを下降させつつ高速で斜めに移動し回転中心の手前位置Ｐ２で塗布液を基板３の表面にランディングさせて、回転中心位置から終点まで減速制御を行ない塗布する。終点位置は基板内でも基板３の外側でも良い。
【００５１】
また、基板３の外周側から開始する場合は、図７（ａ）に示したＥ位置から開始し、回転している基板表面と塗布ヘッド先端を所定の間隙に設定し、塗布液吐出を開始して、回転中心に向って移動する方法である。この開始時に塗布ヘッドは停止状態となっており、徐々に加速し、回転中心または中心をオーバーした位置で塗布ヘッドを上昇させるように駆動される。
【００５２】
このような回転する基板に加減速の速度制御を行ないながら移動塗布を開始すると、上記のいずれの方法においても開始部および終点部を除きほぼ均一な一次塗布を行なうことが可能となる。この後に、高速回転させることで所望する均一な二次塗膜を得ることができる。
【００５３】
以上のように塗布することで、余剰な塗布液は不要となり液効率の高い省液塗布が実現できることになる。塗布ヘッド５の長さおよび塗布ヘッド端部の位置は例えば図５に示したように適宜選定すれば良く、従来の回転式塗布装置の塗布ヘッドより低コストで製造できる短尺塗布ヘッドの使用が可能となる。また、この方法は円形基板の省液塗布法として有効であるばかりでなく、矩形基板であっても、回転外周部近傍の速度を適宜制御することで省液効果が高くなることはいうまでもない。
【００５４】
ここで、塗布ヘッドの先端開口部と基板の塗布表面の間隙は、薄膜塗布を追求すればするほど重要な要素となる。数μｍ厚のウエット膜塗布を行なうときの間隙は数十μｍ±２０μｍ程度がよく、それ以下になると塗布ヘッド先端と基板表面に形成される液溜りで塗布ヘッドの先端部以外が汚損される可能性が高くなり、連続生産する作業において、その汚損液が次の対象物を汚損する虞がある。
【００５５】
また、それ以上になると塗布先端から基板表面に至るまでのカーテン状の流体を表面張力で塗布ヘッド開口長全域に連続して形成することが難しくなり一部が切れる可能性が高くなる。さらに基板３の板厚は１０〜２０μｍほどロットにより異なる。このことから、上述のように距離センサ２６でモニターして基板表面の高さを検出し適切な間隙を基板１枚毎に設定することは薄膜塗布を行なうときに、一次塗布膜の品質と液効率を向上させる上で重要となる。
【００５６】
以上のように使用される塗布ヘッドは、上記のようにスリット状の開口部から吐出するに留まらず、図９（ａ）から（ｃ）に図示のように開口形状は多数の細孔２３を略直線状に設けたノズルであってもよい。すなわち、塗布ヘッドから流体を吐出する際の流体の状態を説明すると、塗布ヘッドノズル内に液先端を収納した状態の流体を吐出すると、吐出流体は先ず塗布ヘッド先端に微少な半球状の液玉を形成することになる。この半球状の液玉を開口部全域にわたり形成した後に、ヘッド先端と基板の間隔を所定の値に短縮すると液玉はつぶれて、塗布ヘッド開口全長に連続した液ダマリの膜を形成することになる。この状態から塗布ヘッドもしくは基板を相対的に走行させると、つぶされた液玉（厚塗りの余剰液）は走行動作で引伸ばされることになる。このようにして先端部に形成される液玉は直径０．数ｍｍ以下の小玉をほぼ等間隔に並べることができたとき塗布品質は高いことが確認されている。
【００５７】
図９に図示の細孔ノズルについても同様であり、流体吐出時には多数のピンホール先端に半球状の液玉を多数形成し、基板表面と所定の間隙になるようにすると、連続した液溜りを開口部全長に渡り形成できるようになる。このような塗布ヘッドノズルの構造において、ピンホールの細孔２３を定ピッチ配列し、図９（ａ）に図示のように細孔を先端まで設けるか、図９（ｂ）に図示のように端部に更に細状の連続した塗布ヘッドを設けるようにしても良い。
【００５８】
このような細孔形状にすると、一体のブロック加工で吐出部を作成できることから、製作コストを減ずることができ、取り扱いを容易にできる効果がある。
【００５９】
ブロックは必ずしも一体でなく２分割したものでも良い。また細孔形状は丸穴に限らず角穴でも良く、同一形状の細孔であれば形状を問わない。
【００６０】
以上のように、モータを使用することで低速回転する基板に少ない塗布液で概ね均一で基板中央部が山形にならない一次塗膜をすばやく得るとともに、低騒音、低振動の省液塗膜を得ることができさらなる品質向上を実現できる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、塗布ヘッドを用いて一次塗布膜を形成した後に、高速回転にともなう遠心力により二次塗布膜を形成する回転式塗布装置において、二次塗布膜に大きな影響を与える一次塗布膜を塗布するときに、基板回転の中央部が山形になったり、不均一な状態となることがなく、しかもより少ない塗布液で塗布することができる回転式塗布装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の回転式塗布装置の外観斜視図である。
【図２】（ａ）図１の塗布動作原理を示す平面図、（ｂ）図２（ａ）の正面図、（ｃ）従来の塗膜との比較を示した正面図である。
【図３】（ａ）塗布ヘッドの横断面図、（ｂ）塗布ヘッドの縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）別実施形態の塗布動作原理を示す平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）別実施形態の塗布動作原理を示す平面図である。
【図６】（ａ）塗布ヘッドの横断面図、（ｂ）塗布ヘッドの縦断面図である。
【図７】（ａ）第２の実施形態の回転式塗布装置の塗布動作原理を示す平面図、（ｂ）塗布ヘッドの動作状態図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）塗布装置の動作説明の正面図である。
【図９】（ａ）塗布ヘッドの横断面図、（ｂ）塗布ヘッドの縦断面図である。
【符号の説明】
１回転式塗布装置
２基部
３基板
４回転テーブル
５塗布ヘッド

Claims

平らな塗布面を有する基板に、所定幅の直線状の開口部を有する塗布ヘッドを用いて塗布液を定量吐出することで一次塗布膜を形成し、高速回転にともなう遠心力により前記一次塗布膜を均一に拡散して二次塗布膜を形成する回転式塗布装置であって、
前記塗布面を上にして基板を吸着により保持し、回転する回転保持手段と、
前記塗布ヘッドと前記回転保持手段とを相対的に昇降する昇降手段と、
前記塗布ヘッドを、
前記回転保持手段の回転中心を中心とし、前記開口部を半径とした円形塗布面を塗布する第１の塗布ヘッドと、
前記円形塗布面の外側において、前記円形塗布面の回転中心と同じとする少なくとも１つ以上の隣接する環状塗布面に対して塗布する少なくとも１つ以上の第２の各塗布ヘッドとに分割するとともに、
隣接する前記円形塗布面及び前記各環状塗布面は内周及び外周で接し、
単位分の回転したときに、前記各塗布ヘッドが前記円形塗布面及び前記各環状塗布面上に描かれる各軌跡の単位面積当たりの定量吐出の協動により、前記一次塗布膜が略同じ厚さとなるように塗布することを特徴とする回転式塗布装置。
前記１の塗布ヘッドと前記第２の各塗布ヘッドの開口部の幅と向きを調整して、前記円形塗布面及び前記各環状塗布面上に描かれる各軌跡の塗布面積を等しくすることを特徴とする請求項１に記載の回転式塗布装置。
前記第２の各塗布ヘッドが前記環状塗布面の内周の接線方向に沿うようにして、前記第１及び前記第２の各塗布ヘッドの開口部の幅寸法を等しくし、前記円形塗布面及び前記各環状塗布面上に描かれる各軌跡の塗布面積を等しくすることを特徴とする請求項２に記載の回転式塗布装置。
前記第１の塗布ヘッドと、前記第２の各塗布ヘッドとを一体的に設けるとともに、夫々に連通する塗布液供給路を前記開口部に対して略直交するように設けた集合塗布ヘッドとすることを特徴とする請求項３に記載の回転式塗布装置。
前記集合塗布ヘッドにおける各塗布ヘッドの開口部の幅寸法を、前記半径よりも大きく設定することを特徴とする請求項４に記載の回転式塗布装置。
前記集合塗布ヘッドにおける各塗布ヘッドの開口部の幅寸法を、前記半径の略二倍に設定することを特徴とする請求項４に記載の回転式塗布装置。
前記集合塗布ヘッドにおける前記第１の塗布ヘッドの開口部の幅寸法を前記半径の略二倍に設定し、前記第２の各塗布ヘッドの開口部の幅寸法を前記半径に設定するとともに、前記第１の塗布ヘッドの線対称位置にそれぞれ配設したことを特徴とする請求項４に記載の回転式塗布装置。
平らな塗布面を有する基板に、所定幅の直線状の開口部を有する塗布ヘッドを用いて塗布液を定量吐出して一次塗布膜を形成し、高速回転にともなう遠心力で前記一次塗布膜を均一に拡散して二次塗布膜を形成する回転式塗布装置であって、
前記塗布面を上にして基板を吸着して保持し、回転する回転保持手段と、
前記塗布ヘッドと前記回転保持手段とを相対的に昇降する昇降手段と、
前記塗布ヘッドを、
前記回転保持手段の回転中心を開始位置とし、前記開口部を半径とした円形塗布面の外周を終点位置とした距離内と、
前記円形塗布面の接線方向に概ね沿う位置を開始位置とし前記円形塗布面と同じ塗布面積となる環状塗布面の外周円を終点位置とした距離内において、単位時間当たりの塗布有効面積が概一定になるように、順次、前記塗布ヘッドの移動速度を制御して駆動する塗布ヘッド移動手段とを備え、
前記回転保持手段による基板の回転と、前記塗布ヘッドの前記移動速度による移動に伴う塗布液の定量吐出の協動とにより、前記一次塗布膜が略同じ厚さとなるように塗布することを特徴とする回転式塗布装置。
前記円形塗布面の外周側に位置する環状塗布面をさらに塗布することを特徴とする請求項８に記載の回転式塗布装置。
前記塗布面までの距離を検出する検出手段を設け、
前記塗布ヘッド移動手段の塗布ヘッドの吐出部先端と前記塗布面との間隙を前記昇降手段で所定の間隙に設定可能にしたことを特徴とする請求項８に記載の回転式塗布装置。
前記開口部は、流路に連通するスリットノズルであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転式塗布装置。
前記開口部は、流路に連通する多数の細孔を略直線状に設けたノズルであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転式塗布装置。