JP3936482B2 - スピンコータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CD(Compact Disk)、CD−R(Compact Disk-Recordable)、CD−RW(Compact Disk-ReWritable)、MO(Magneto Optical disk)など光記録媒体の保護膜形成技術、半導体デバイスやフラットパネルディスプレイなどの製造プロセスにおけるレジスト膜等の被膜形成技術に属し、とくに膜となる塗布液を基板など板状の被処理体の表面に均一に回転塗布する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
CDやCD−Rなど光記録媒体の記録面側には、静電気によるゴミの付着防止および傷防止のために、基板母材よりも硬度が高く、帯電性の低い材料からなる厚さ数μmの透明な保護膜が形成されている。この保護膜は記録面から情報を読み取るため、あるいは書き込むためのレーザー光の経路になるため、高精度の膜厚均一性が要求される。
このような高精度の膜厚均一性が要求される膜を基板(板状の被処理体)表面に形成するための塗布装置としては、スピンコータ(回転塗布装置)が適している。スピンコータは、水平に保持した基板(板状の被処理体)の中央部に、基板もしくは塗布液ノズルを低速回転させて塗布液をリング状に滴下した後、基板を高速回転させることにより、その回転に伴う遠心力によって基板の外周側に塗布液を拡げて、被処理体の表面に均一に塗膜を形成するものである。スピンコータによれば、他の方法、例えばどぶ浸け塗布、スプレー塗布、ローラ塗布、スリット塗布などの方法によるものに比べて、膜厚の均一な塗布膜を容易に得ることができる。上記保護膜は、液状のUV硬化樹脂をスピンコータにより基板表面に均一に塗布した後、塗布面に紫外線を照射してUV硬化樹脂を硬化させることにより形成される。
スピンコータで塗布処理を行った際、余剰の液は遠心力で基板端面より振り切られる。その液量は基板に滴下供給される全液量の10倍近くにもなる。このため、塗布処理中におけるミストの発生は避けられない。このミストが塗布処理前または塗布処理後の基板表面に付着することによって塗布膜に欠陥(表面欠陥)が生じる。
そこでスピンコータでは、その内部を下方から常時排気することにより、処理室内に常時ダウンフロー(下降気流)を形成しつつ、塗布液の滴下から回転塗布に至る一連の処理を実施するようにしている。処理室内に常時ダウンフローを形成することにより、振り切りによって生じたミストをそのダウンフローに乗せて処理室の外に排出することができるので、ミストの付着による塗布膜欠陥の発生を防止できる。
【0003】
この種の技術は、特開平6-328034号公報、特開平7-22361号公報、特開平7-58000号公報、特開平8-71484号公報など、多くの文献に記載されている。ちなみに、特開平6-328034号公報記載の技術では、基板と共に回転する内カップの周囲にダウンフローを形成し、前記内カップから排出される余剰塗布液に起因した浮遊ミストを、そのダウンフローによって外部に排出するようにしている。特開平7-22361号公報記載の技術では、基板の表面中心部分に気体を吹き付けることにより、振り切り時のスムーズな液拡がりを助けるとともに、その気流に乗せて浮遊ミストを外部に排出するようにしている。特開平7-58000号公報記載の技術では、基板の表面中心部分に清浄な空気を導入することにより、振り切り回転に伴う基板の表面中心部分の負圧をキャンセルし、その負圧により発生するミストの戻りおよび裏廻りを防止するとともに、その気流に乗せてミストを排出するようにしている。特開平8-71484号公報記載の技術では、ハウジング頂部の開口面積を可変とし、基板表面における塗布液の乾燥の進行に応じて、当該開口面積を変化させて(縮小→開放)、気流を変化させることにより、塗布液を均一に乾燥させて均一な塗膜を得るようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ノズルからの塗布液の吐出を停止した瞬間あるいは直後に発生するサテライト(正常に吐出された液に追従して発生する液滴や液胞など)が排気気流に乗って振り切り前の生基板、もしくは、振り切り後の塗布済みの基板上に飛散した場合、塗布膜欠陥の発生につながることになる。サテライトが発生しない条件を作ることは非常に困難であり、一時的にそれができたとしても、僅かな環境変動、たとえば液ロットの変化、気温、湿度等の変動により最適条件からドリフトしてしまうため、最適条件を維持することは困難である。その結果、サテライトによる塗布膜欠陥の発生を防止することは困難である。
サテライトが発生しても、それが基板表面の中央部に滴下供給された塗布液の溜り部分に落下すれば問題はない。つまり、サテライトが液溜り上に浮いても振り切り時に液溜りと同時に広がる液の上に浮かんで排出されるため、塗布前および塗布後の基板面に接触することは極めて少なく、塗布膜欠陥の発生を招くことはない。
したがって、サテライトの飛散を防止するためには、スピンコータ内の排気風速を下げることが望ましい。つまり排気風速を下げれば、サテライトが発生しても、それが基板表面の中央部に滴下供給された塗布液の溜り部分に落下しやすくなり、発生したサテライトのほとんどが液溜りに吸収されることになる。
【0005】
しかし、サテライトの飛散を防止するためにスピンコータ内の排気風速を低下させると、その排気風速は振り切り時の適正な風速から外れることが多いため、ミストによる塗布膜欠陥の増加を招くことになる。
したがって、ノズルから基板表面への塗布液の供給を開始してから停止するまでの期間、振り切りを行っている期間およびアイドル状態の期間において、各々排気風速を最適値に切り替えることが望ましい。
しかしながら、排気風速を切り替えるための弁や排気ブロアの応答速度には自ずと限界があり、塗布液の吐出停止から振り切り開始にかかるまでタイムラグを設ける必要があるため、一回の塗布処理に要する時間(タクトタイム)が長くなるといった問題や、基板中央部に形成されたリング状の液溜りが、振り切り開始までの間に海星状に崩れていき、塗布ムラにつながるという問題があった。また、塗布液供給中に排気風速を低下させると、スピンコータの底部に接続された排気管に流入する気流の量が十分でなくなるため、廃液が排気管に詰まりやすくなる。そのため塗布液振り切り中における気流バランスが崩れ、ミストが良好に排出されなくなるため、結果的にミストの付着による塗布膜欠陥が発生しやすくなるという問題があった。
そこで本発明が解決しようとする課題は、ノズルからの塗布液の吐出を停止した瞬間あるいは直後に発生するサテライトおよび塗布液の振り切りによって発生するミストによる塗布膜欠陥や塗布ムラの発生を防止しつつ、能率良くかつ良好に成膜処理を行うことができるスピンコータを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、被処理体を水平に保持して回転させる回転機構と、前記回転機構に保持された前記被処理体の上面に(中心部または中心を囲んでリング状に)塗布液を滴下するノズルと、前記回転機構に保持された前記被処理体の周囲を取り囲む上部が開口されたカバーと、前記カバー内にダウンフローを発生させて排気する排気装置とを備え、前記回転機構に保持された前記被処理体の上面に塗布液を滴下し、前記回転機構を作動させて当該被処理体を高速回転させることにより、その回転に伴う遠心力によって当該被処理体の外周側に塗布液を拡張離散させて、当該被処理体の上面に塗膜を形成するスピンコータにおいて、前記回転機構に保持された前記被処理体と前記カバーの内壁との間を通過するダウンフローの通路を遮断するシャッタ機構を備え、前記ノズルから塗布液が吐出している間は、当該シャッタ機構により当該ダウンフローの通路を遮断するように構成され、かつ、前記シャッタ機構は前記ダウンフローの通路を前記被処理体の周方向全周に亘って同時に遮断可能に構成されていることを特徴とする。また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のスピンコータにおいて、前記カバーを前記スピンコータの本体に対して着脱可能に構成し、前記シャッタ機構を当該カバーに一体的に設けたことを特徴とする。
【0007】
また、請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のスピンコータにおいて、前記回転機構側への塗液の進入を防止すべく前記基板の保持位置の直下に内カバーを設け、当該内カバーに接触あるいは略接触(僅かなクリアランスを隔てて近接)した状態で前記ダウンフローの通路を遮断するように前記シャッタ機構を構成したことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づきより具体的に説明する。
図1は本発明の実施の形態の一例を示すスピンコータの側断面図、図2は同じくスピンコータの部分破断斜視図である。図示するように、このスピンコータ1は、被処理体である基板2を上端部に水平に保持して回転する主軸3aを有する回転機構3と、主軸3aに保持された基板2の上面に塗布液Lを滴下する水平移動可能なノズル4と、主軸3aに保持された基板2の周囲を取り囲む上部が開口された円環状の外カバー5と、主軸3aに保持された基板2の真下に設けられた内カバー6と、外カバー5が着脱可能に被着される液受パン7と、液受パン7の底部に開口された排気口7aより処理室8内を排気する排気装置9とで概ね構成される。
外カバー5は、高速回転により基板2から振り切られて飛散する塗布液Lのミストを受け止めるととともに、排気の通路を構成する。内カバー6は、回転機構3側への塗布液Lの進入を防止する機能を有する。液受パン7は、外カバー5の内壁5aおよび内カバー6の表面6aを伝って流下する液を受け止めるとともに、排気の通路を形成する。液受パン7は、回転機構3などと共に架台11に固定されている。この液受パン7は、内外二重壁を有する円環状の有底容器であり、底部7bは一端(図1における右端)から他端(図1における左端)にかけて下方に傾斜している。そして、底部7bの最下部に排気口7aが開口され、この排気口7aが排気管10を介して排気装置9に接続されている。この排気装置9を作動させて排気口7aから排気を行うことにより、外カバー5の上部開口部から処理室8内に流入した空気がダウンフローとなって処理室8内を通過し、排気口7aから排気される。塗布液振り切りの際、処理室8内に生じたミストはこのダウンフローに乗って排気口7aより排出される。
【0009】
このスピンコータ1は、回転機構3の主軸3aに保持された基板2と外カバー5の内壁5aとの間を通過するダウンフローの通路を遮断するシャッタ機構12と、このシャッタ機構12を駆動するシャッタ駆動機構13とを備えている。
シャッタ機構12は、外カバー5の側壁部5Bをなす矩形状の複数のシャッタ板12Aと、各シャッタ板12Aを外カバー5の上壁部5Aの外周縁部に吊り下げて、外カバー5の半径方向内側に回動可能に保持する蝶番機構12Bとからなる。各シャッタ板12Aは、外カバー5の周方向に沿って、相隣接するシャッタ板12Aの端部同士を若干重ねるようにして並べて設けられており、何れかのシャッタ板12Aを外カバー5の半径方向内側に押して回動させると、その他のシャッタ板12Aも連動して外カバー5の半径方向内側に回動する仕組みになっている。
シャッタ駆動機構13は、外カバー5の外側に設けられた4つのシリンダ装置13Aと、各シリンダ装置13Aを架台11上に水平に保持し固定するL字型のホルダ部材13Bとからなる。シャッタ駆動機構13は、シリンダ装置13Aの伸縮ロッド13bの先端を外カバー5の半径方向内側すなわち主軸3a側に向けて、周方向に等間隔に設けられている。4つのシリンダ装置13Aは全て同時に駆動され、各シリンダ装置13Aの伸縮ロッド13bが伸張することによって、4つのシャッタ板12Aを外カバー5の半径方向内側に押して回動させる。このとき伸縮ロッド13bにより押されていない残りのシャッタ板12Aも連動して外カバー5の半径方向内側に回動し、全体として下すぼみ円錐状に絞り込まれる。伸縮ロッド13bの伸張は、シャッタ板12Aの先端が内カバー6の表面6aに接触あるいは最も接近した時点で停止する。その結果、ダウンフローの通路がシャッタ板12Aで遮断された状態となる。伸縮ロッド13bによる押圧を解消すると、シャッタ板12Aは元の状態(図2の状態)に戻る。
【0010】
また、各ホルダ部材13Bの上端部にはU字形の切欠部13aが設けられており、各ホルダ部材13Bの切欠部13aに、外カバー5から四方に張り出した吊り軸14を係合させることにより、外カバー5を安定姿勢で保持できるようになっている。
上記のように構成されたこの実施の形態のスピンコータ1は、以下のように動作する。
排気装置9は常時駆動し、液受パン7の底部7bに設けられた排気口7aより常時排気を行う。したがって、シャッタ機構12が作動していないとき、すなわち処理室8内がシャッタ板12Aで仕切られていないとき、処理室8内には、外カバー5の上部開口部から流入し、液受パン7の底部7bの排気口7aから排気されるダウンフローが形成される。
塗布処理の際には、まず主軸3aに未処理の基板2をセットし、シャッタ駆動機構13のシリンダ装置13Aを伸張駆動させて、ダウンフローの通路をシャッタ機構12のシャッタ板12Aで遮断する。これにより、シャッタ板12Aより上方の空間はほぼ無風状態となる。そして、その状態を保ちつつ、主軸3aに保持された基板2の上面にノズル4から塗布液Lを滴下する。このとき、ノズル4を主軸3aの中心周りに低速で円運動させながら塗布液Lを滴下して、リング状の液溜りを形成する。
そして、基板2上への塗布液Lの供給を停止した後、シリンダ装置13Aを縮長駆動させてシャッタ板12Aを開放するとともに、回転機構3を作動させて基板2を高速回転させる。この高速回転に伴う遠心力により、基板2の外周側に塗布液Lが拡張離散して、基板2の上面に塗布膜が形成される。このとき、処理室8内にはダウンフローが形成されているので、余剰の塗布液Lが振り切られることによって処理室8内に生じたミストは、ダウンフローに乗って排気口7aより排出される。
【0011】
このように、ノズル4から塗布液Lが吐出している間は、シャッタ機構12によりダウンフローの通路を遮断し、基板2を高速回転させて塗布膜を形成する際には、シャッタ機構12による当該通路の遮断を解除して、処理室8内にダウンフローを形成しつつ処理を行うことにより、ノズル4からの塗布液Lの吐出を停止した瞬間あるいは直後に発生するサテライトおよび塗布液の振り切りによって発生するミストによる塗布膜欠陥や塗布ムラの発生を防止しつつ、膜圧の均一な良好な塗布膜を形成することができる。
また、シャッタ機構12のシャッタ板12Aは、シリンダ装置13Aによる支持を解除すると、自重および風圧によって瞬時に元の状態に戻り、ダウンフローの通路を開放するので、排気風速を切り替えるために弁の開度や排気ブロアの駆動速度を調整する方法をとった場合よりも応答速度を大幅に向上できる。したがって、塗布液Lの吐出停止から振り切り開始にかかるまでのタイムラグをほとんど設ける必要がなくなるため、タクトタイムが長くなるといった問題や、基板2の中央部に形成されたリング状の液溜りが、振り切り開始までの間に海星状に崩れていき、塗布ムラにつながるという問題も解消される。
また、シャッタ機構12はダウンフローの通路を被処理体である基板2の周方向全周に亘って同時に遮断可能に構成されているので、気流のアンバランスを防止できる。
また、シャッタ機構12によりダウンフローの通路を遮断している時も、処理室8のシャッタ板12Aより下側の空間には、外カバー5の側部全体から空気が流入し、排気口7aより排出されているので、排気風速の低下により廃液が排気管10に詰まりやすくなるといった不具合も解消できる。
また、シャッタ機構12を外カバー5と一体化、すなわち外カバー5の側壁部5Bをシャッタ機構12で構成し、外カバー5の上壁部5Aの外周縁部にシャッタ機構12を連結したことにより、外カバー5と同時にシャッタ機構12を取り外すことができるので、洗浄、清掃作業や、メンテナンス作業などを容易に行うことができる。
【0012】
図3はこの実施の形態のスピンコータ1の制御系の構成例を示すブロック図である。
ROM17には、回転機構3の駆動速度を制御するためのプログラム、ノズル4の移動位置を制御するためのプログラム、ノズル4からの塗液吐出動作を制御するためのプログラム、排気装置9の駆動速度を制御するためのプログラムおよびシャッタ機構12の開閉動作を制御するためのプログラムが書き込まれている。
入力装置18は、たとえばタッチパネル付きLCD(液晶表示器)からなり、その表示画面に表示されたタッチスイッチなどを押圧操作することにより、回転機構3の駆動速度、ノズル4の移動位置、ノズル4からの塗布液吐出動作、排気装置9の駆動速度およびシャッタ機構12の開閉動作に関する設定値の入力を統一した入力様式で行うことができるようになっている。
CPU19は、入力装置18から入力された設定値に応じて、ROM17に書き込まれている各プログラムに従った制御信号を生成し、回転機構3、排気装置9、駆動機構13、ノズル移動機構15および塗布液供給装置16の動作を制御する。
出力装置20は、LCDあるいはCRT(ブラウン管)からなり、入力装置18から入力された設定値に基づいて、たとえば図4に示すように、回転機構3の駆動速度(主軸回転数)、ノズル4の位置、ノズル4からの塗布液吐出動作(塗布液ポンプのON/OFFタイミング)、および排気装置9の駆動速度(ブロア回転数)を時系列グラフとして同一画面上に表示する。シャッタ機構12の開閉動作タイミングは、塗布液吐出動作期間の前後に自動設定される。すなわちスピナ回転数を低速(アイドル状態)にした後、塗布液ポンプをONする前に駆動機構13のシリンダ装置13Aを伸張駆動させ、塗布液ポンプをOFFした後、スピナ回転数を高速(振り切り速度)にする前に駆動機構13のシリンダ装置13Aを縮長駆動させるように自動的に設定される。
【0013】
このように、回転機構3の駆動速度、ノズル4の移動位置、ノズル4からの塗布液吐出動作、排気装置9の駆動速度およびシャッタ機構12の開閉動作に関する設定値の入力を、共通の入力装置18を用いて統一した入力様式で行うことができるようにしたことにより、煩雑な操作を行うことなく、こまめな調整を容易に実行することができるので、設定ミスも発生し難くなる。また、図4に示すように全設定項目のデータを時間軸を統一した1つのグラフにして画面に表示し、データの変更に応じてグラフの表示も更新されるようにすれば、表示画面を見ることによって一目で設定現況を把握することができる。
なお、上記タッチパネル付きLCDの代わりに、CRTにタッチパネルを付けたものや、LCDもしくはCRTにキーボードまたはその他の入力装置を付けたものを用いてもよい。また、出力装置20の表示手段は、入力装置18の表示手段と兼用することもできる。また、LCDなどの表示装置に代えてプリンタを出力装置20として用いることもできる。また、上記制御系として、ROM17、入力装置18、CPU19および出力装置20の機能を備えたパーソナルコンピュータ、または要求仕様を満たす高機能で高速応答が可能なシーケンサを使用してもよい。また、装置全体の大まかなシーケンス制御をシーケンサで実施し、高速応答が必要な制御は高速CPUを使用したコントローラで行うようにしてもよい。
【0014】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下のような優れた効果が得られる。請求項1記載の発明によれば、ノズルから塗布液が吐出している間は、シャッタ機構によりダウンフローの通路を遮断し、基板を高速回転させて塗布膜を形成する際には、シャッタ機構による当該通路の遮断を解除して、処理室内にダウンフローを形成しつつ処理を行うことにより、ノズルからの塗布液の吐出を停止した瞬間あるいは直後に発生するサテライトおよび塗布液の振り切りによって発生するミストによる塗布膜欠陥や塗布ムラの発生を防止しつつ、膜圧の均一な良好な塗布膜を形成することができる。また、シャッタ機構によりダウンフローの通路を遮断している時も、処理室のシャッタ機構より下方の空間には空気を流入させて排気口より排気できるので、廃液が排気管に詰まりやすくなるといった不具合も解消できる。さらに、シャッタ機構開閉時における処理室内の気流のアンバランスを防止できるという効果を発揮する。また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の効果に加えて、カバーと同時にシャッタ機構を取り外すことができるので、洗浄、清掃作業や、メンテナンス作業などを容易に行うことができるという効果を発揮する。
【0015】
また、請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明の効果に加えて、シャッタ機構によりダウンフローの通路を遮断したとき、シャッタ機構より上方の空間はほぼ無風状態となるため、気流によるサテライトの飛散をより確実に防止できるという効果を発揮する。また、前記回転機構の駆動速度を制御するためのプログラム、前記ノズルの移動位置を制御するためのプログラム、前記ノズルからの塗布液吐出動作を制御するためのプログラム、前記排気装置の駆動速度を制御するためのプログラムおよび前記シャッタ機構の開閉動作を制御するためのプログラムを記憶保持したメモリと、前記回転機構の駆動速度、前記ノズルの移動位置、前記ノズルからの塗布液吐出動作、前記排気装置の駆動速度および前記シャッタ機構の開閉動作に関する設定値の入力を統一した入力様式で行うことができる入力装置と、当該入力装置からの入力に応じて前記各プログラムに従った制御を行う制御回路とを備えた場合には、上記発明の効果に加えて、回転機構の駆動速度、ノズルの移動位置、ノズルからの塗布液吐出動作、排気装置の駆動速度およびシャッタ機構の開閉動作に関する設定値の入力を、共通の入力装置を用いて統一した入力様式で行うことができるようにしたことにより、煩雑な操作を行うことなく、こまめな調整を容易に実行することができるので、設定ミスも発生し難くなる。また、前記回転機構の駆動速度、前記ノズルの移動位置、前記ノズルからの塗布液吐出動作、前記排気装置の駆動速度および前記シャッタ機構の開閉動作を時系列グラフとして可視像化する出力装置を備えた場合には、上記発明の効果に加えて、全設定項目のデータを時間軸を統一した1つのグラフにして可視化するようにしたので、一目で設定現況を把握することができ、また直感的に現況を把握できるようになるので、錯誤防止にもつながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示すスピンコータの側断面図である。
【図2】図1に示すスピンコータの部分破断斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態のスピンコータの制御系の構成例を示すブロック図である。
【図4】本発明の実施の形態のシステムに含まれる出力装置による時系列グラフの表示例を示す図である。
【符号の説明】
1:スピンコータ、2:基板(被処理体)、3:回転機構、3a:主軸、4:ノズル、5:外カバー(カバー)、5a:内壁、5B:側壁部、6:内カバー、6a:表面、7:液受パン、7a:排気口、8:処理室、9:排気装置、10:排気管、11:架台、12:シャッタ機構、13:シャッタ駆動機構、12A:シャッタ板、5A:上壁部、12B:蝶番機構、13A:シリンダ装置、13b:伸縮ロッド6a、17:ROM、18:入力装置、19:CPU(制御回路)、20:出力装置、L:塗布液。
Claims (3)
- 被処理体を水平に保持して回転させる回転機構と、前記回転機構に保持された前記被処理体の上面に塗布液を滴下するノズルと、前記回転機構に保持された前記被処理体の周囲を取り囲む上部が開口されたカバーと、前記カバー内にダウンフローを発生させて排気する排気装置とを備え、前記回転機構に保持された前記被処理体の上面に塗布液を滴下し、前記回転機構を作動させて当該被処理体を高速回転させることにより、その回転に伴う遠心力によって当該被処理体の外周側に塗布液を拡張離散させて、当該被処理体の上面に塗布膜を形成するスピンコータにおいて、前記回転機構に保持された前記被処理体と前記カバーの内壁との間を通過するダウンフローの通路を遮断するシャッタ機構を備え、前記ノズルから塗布液が吐出している間は、当該シャッタ機構により当該ダウンフローの通路を遮断するように構成され、かつ、
前記シャッタ機構は前記ダウンフローの通路を前記被処理体の周方向全周に亘って同時に遮断可能に構成されていることを特徴とするスピンコータ。 - 前記カバーは前記スピンコータの本体に対して着脱可能に構成され、前記シャッタ機構は当該カバーと一体化して設けられていることを特徴とする請求項1記載のスピンコータ。
- 前記回転機構側への塗液の進入を防止すべく前記基板の保持位置の直下に設けられた内カバーを備え、前記シャッタ機構は当該内カバーに接触あるいは略接触した状態で前記ダウンフローの通路を遮断することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスピンコータ。
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