JP4214362B2 - スプレー併用スピンコート方法及びスピンコート装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に薄膜をスピンコートする方法に関し、詳しくは、回転する基板の所定の表面領域をマスクで覆って薬液を噴霧することにより、薬液を節約し、塗布時間並びに乾燥時間を短縮しようとするスプレー併用スピンコート方法及びスピンコート装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスピンコート方法は、回転手段で基板を水平に保持して回転させ、ノズルで基板の略中心部に薬液を適量滴下し、遠心力で上記薬液を基板の外周縁部に向かって流動させて薄膜を形成するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のスピンコート方法においては、基板上に滴下した薬液の約９５％以上が遠心力により基板の外周縁部より振り切られて排除されており、無駄が多かった。特に、光ディスクにおいては、記録層を形成するための色素は高価であるため、このような色素を含有する薬液の多くが無駄に消費される記録層形成工程はコストアップとなっていた。
また、均一な薄膜を形成しようとする場合には、薬液の滴下量を多くする必要があり、塗布時間及び乾燥時間が長くなり生産効率が低下していた。
【０００４】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、回転する基板の所定の表面領域をマスクで覆って薬液を噴霧することにより、薬液を節約し、塗布時間並びに乾燥時間を短縮しようとするスプレー併用スピンコート方法及びスピンコート装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるスプレー併用スピンコート方法は、水平に保持されて回転する基板の薄膜形成側の表面にてその周縁部から半径方向の内方に所定距離だけ後退した領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れて設けられフィルム形状を有してロール状に巻き上げられたマスクで覆い、上記基板の上方に配置されたスプレーノズルにより該基板の表面に薬液を噴霧し、該基板の所定領域に薄膜を形成するようにしたものである。
【０００６】
このような方法により、フィルム形状を有してロール状に巻き上げられたマスクで水平に保持されて回転する基板の薄膜形成側の表面にてその周縁部から半径方向の内方に所定距離だけ後退した領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れて覆い、基板の上方に配置されたスプレーノズルで、該基板の表面に薬液を噴霧し、基板の所定領域に薄膜を形成する。これにより、僅かな薬液噴霧量で基板の所定領域に均一な薄膜塗布を行う。
【０００７】
また、上記スプレーノズルは、上記基板の上記マスクで覆われた領域以外に位置され、該基板の半径の幅内でその垂直上方から薬液を噴霧するようにしたものである。これにより、マスクで覆われた領域以外に位置されたスプレーノズルで、基板の半径の幅内でその垂直上方から基板の所望の領域に均一に薬液を噴霧する。
【０００８】
さらに、上記スプレーノズルは、上記基板の表面を覆うマスクの領域内に位置され、該基板の斜め上方から薬液を噴霧するようにしたものである。これにより、基板の表面を覆うマスクの領域内に位置されたスプレーノズルで、基板の斜め上方から薬液を噴霧し、マスク下部への薬液の回りこみを抑えて基板の所望の領域に均一に塗膜する。
【０００９】
また、本発明によるスピンコート装置は、基板を水平に保持して回転させる回転手段と、前記回転手段の上方に配置され、該回転手段に保持された基板の薄膜形成側の表面にてその周縁部から半径方向の内方に所定距離だけ後退した領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れて覆うフィルム形状を有してロール状に巻き上げられたマスクと、前記回転手段を間に両側方に対向して配設され、前記マスクのロールを保持する保持部及び該マスクのフィルムを巻き取る巻取部と、前記回転手段の上方に配置され、前記基板の表面に薬液を噴霧するスプレーノズルと、を備えたものである。
【００１０】
このような構成により、回転手段を間に両側方に対向して配設された保持部及び巻取部に保持され、巻き取られるフィルム形状を有してロール状に巻き上げられたマスクで基板の薄膜形成側の表面にてその周縁部から半径方向の内方に所定距離だけ後退した領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れて覆い、回転手段で基板を水平に保持して回転させ、回転手段の上方に配置されたスプレーノズルで上記基板の表面に薬液を噴霧する。これにより、僅かな薬液噴霧量で基板の所定領域に均一な薄膜塗布を行う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスプレー併用スピンコート方法の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるスプレー併用スピンコート方法の第１の実施形態を説明するための正面図である。このスプレー併用スピンコート方法は、水平に保持されて回転する基板１の薄膜形成側の表面の所定領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れてマスク３で覆い、上記基板１の上方に配置されたスプレーノズル４により該基板１の表面に薬液を噴霧し、基板１の所定領域に薄膜を形成するようにしたものである。
【００１３】
先ず、例えば、光ディスクのようなディスク状の基板１が、図２に示す回転軸挿通孔１ｂに、図１の回転手段５の回転軸５ａを挿通させて回転手段５に水平に保持される。そして、フィルム形状を有してロール状に巻き上げられたマスク３で基板１の所定領域が覆われる。例えば、図２に破線で示すように、基板１の表面を覆うのに十分に広いフィルム状のマスク３で、基板１の周縁部から半径方向の内方に距離Ｗだけ後退した領域が覆われる。
【００１４】
次に、回転手段５がＯＮされ、基板１は50〜1000rpmの回転数で回転される。基板１の回転が定速に達すると、基板１のマスク３で覆われた領域以外（以下、開放部２と記載）で、該基板１の半径の幅内でその垂直上方に配置されたスプレーノズル４がＯＮして、基板１の上方から薬液が所定の時間（例えば、２〜３秒間）だけ噴霧される。
【００１５】
上記薬液は、例えば、光ディスクにおけるシアニン系色素材料、フタロシアニン系色素材料、ジチオール−ニッケル錯体系色素材料、キノン系色素材料等の有機系色素材料をメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類等の有機溶媒に溶解させたものであり、上記有機系色素の約200倍の上記有機溶媒に色素を溶解させたものが使用される。
【００１６】
スプレーノズル４により噴霧された薬液は、開放部２を通して回転する基板１の表面に塗布される。このとき、基板１が回転しているため薬液の塗膜領域１ａは、図２に示すように幅Ｗのドーナツ形状をなす。
【００１７】
基板１の表面に塗布された薬液の一部は、回転する基板１の遠心力により基板１の外周縁部より振り切られ排除される。こうして、基板１の所定の塗膜領域１ａに所望の厚みの薄膜が形成される。
【００１８】
塗膜が終了すると、回転手段５が高速回転モードに移行し、基板１を2000〜5000rpmで約10秒間程度回転させ塗膜を乾燥させる。こうして、薄膜塗布工程が終了する。その結果、図２に示すように基板１の所定の塗膜領域１ａにのみ薄膜を形成することができる。
【００１９】
このように、本実施の形態によれば、回転する基板１の所定領域をフィルム状のマスク３で覆って、開放された基板１の表面領域に対してスプレーノズル４で薬液を噴霧し、基板１の所定の塗膜領域１ａに薄膜を形成するようにしているので、薬液の塗布量を少なくでき塗布時間及び乾燥時間を短縮することができる。そして、生産効率が向上する。また、例えば１回の薄膜塗布作業が終了する度にマスク３を巻取るようにすれば、常に新しいマスク３を使用することができ、薄膜塗布工程で基板を汚して生産歩留まりを低下させる虞がない。
【００２０】
また、塗布量が少なくできることから、遠心力で振り切る薬液の量が減少し、さらに、所定の塗膜領域１ａにのみ塗膜するので基板１枚あたりの薬液の使用量が従来方法に比べ約１／１０となる。しかも、濃度の低い薬液を使用しても所望の膜厚を得ることができるので、従来方法に比べ濃度を約１／２に下げることができる。従って、前述したように薬液の使用量を少なくできる効果と、濃度を低くできる効果とが相まって、例えば、上記高価な色素の使用量が従来方法に比べ１／２０に減少する。従って、光ディスクの製造工程における記録層形成工程のコストダウンを図ることができる。
【００２１】
図３は、本発明によるスプレー併用スピンコート方法の第２の実施形態を説明するための正面図である。この実施形態は、図３に示すように、スプレーノズル４が、基板１の表面を覆うマスク３の領域内に位置され、該基板１の斜め上方から薬液を噴霧するようにされたものである。この場合、マスク３の開放部２側の端部３ａにおいて薬液がマスク３の下部に回り込むのを抑制することができる。従って、所定の塗膜領域１ａに対する薬液の塗布精度が向上する。
【００２２】
なお、図１及び図３に示すスプレーノズル１は、基板１の半径方向に移動可能としてもよい。これにより、より均一な薄膜塗布形成が可能になる。
【００２３】
次に、本発明のスプレー併用スピンコート方法に適用されるスピンコート装置の実施の形態を図４及び図５を参照して説明する。
このスピンコート装置６は、回転手段５と、カバー部７と、マスク３と、スプレーノズル４とを有して構成されている。
【００２４】
回転手段５は、基板１を水平に保持して回転させるものであり、その中心軸の上部に基板１の中心部に形成された回転軸挿通孔１ｂに挿通し、基板１を軸支する回転軸５ａを設け、下部には該回転手段５に回転動作を伝達する駆動手段８が備えられている。
【００２５】
また、上記回転手段５を覆って外周方向にはカバー部７が設けられている。このカバー部７は、基板１の外周縁部から遠心力により振り切られた薬液の飛散を防止するためのものであり、その下端部内側には飛散した薬液を受け止める樋部９を備えている。
【００２６】
さらに、上記回転手段５の上部にはマスク３が設けられている。このマスク３は、回転手段５に水平に保持される基板１の薄膜形成側の表面にてその周縁部から半径方向の内方に所定距離だけ後退した領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れて覆うものであり、例えば、フィルム状のものである。その具体例は、上記マスク３は、ロール状に巻き上げられたものであり、図５に示すように、該マスク３のロールを保持する保持部１０と、該マスク３のフィルムを巻き取る巻取部１１とを上記回転手段５を間に両側方に対向して配設したものである。また、該マスク３の図５中左右端部には、該マスク３を所定の高さ位置に規制し、マスク３の巻取りをガイドするガイド軸１２が備えられている。
【００２７】
そして、上記回転手段５の上方には、スプレーノズル４が備えられている。このスプレーノズル４は、基板１上に形成された開放部２を通して基板１の表面に薬液を噴霧するものであり、上記回転手段５に保持された基板１の半径方向で上記開放部２の垂直上方、若しくは上記マスク３の上方から開放部２に向けて薬液を噴霧するようにされている。
【００２８】
なお、図５に示すように、回転手段５を間に両側方の下方部に基板１を搬送する搬送手段１３を設けて、基板１を自動搬送及び自動搬出させるようにすることもできる。この場合、上記回転手段５は昇降可能とされる。即ち、回転手段５は、基板１の搬送及び搬出時には下降した状態で待機し、基板１がその上部に搬送されてきたときに上昇して、該回転手段５の回転軸５ａを基板１の回転軸挿通孔１ａに挿通させて所定の高さ位置に停止する。そして、薄膜塗布が終了すると回転手段５は下降し、基板１を上記搬送手段１３で受け止めさせ、外部に搬出させるようにすることも可能である。
【００２９】
次に、このように構成されたスピンコート装置の動作について説明する。
先ず、図４に示すように、基板１が、該基板１の中心部に設けた回転軸挿通孔１ｂに回転手段５の上部に形成された回転軸５ａを挿通させて、回転手段５に水平に保持される。このとき、マスク３は図示省略の退避手段により基板１の上方から側方に退避している。
【００３０】
基板１が回転手段５に装着されると、退避していたマスク３が基板１上に載置される。マスク３は、図２に破線で示すように、例えば基板１の周縁部から半径方向の内方に距離Ｗだけ後退した領域を覆うように設置される。
【００３１】
次に、駆動手段８がＯＮして回転手段５を50〜1000rpmの回転数で回転させる。即ち、基板１が上記回転数で回転することになる。この状態で、上記マスク３で覆われていない基板１上の開放部２の上方に備えたスプレーノズル４がＯＮされ、該スプレーノズル４より薬液が約２〜３秒間上記開放部２に対して噴霧される。これにより、薬液は開放部２を通して基板２の表面に塗布されることになる。このとき、基板１は上記回転数で回転しているため、基板１の表面には図２に示すドーナツ状の塗膜が形成される。なお、図２における領域１ｃはマスク３の遮蔽効果により塗膜されない。
【００３２】
塗膜の膜厚は薬液の濃度と基板１の回転数でほぼ決まる。従って、これについては実験的に条件が設定されるものである。ただ、薬液はスプレーノズル４により基板１の塗布領域に均一に噴霧されるため、噴霧する薬液の量は少なくてよく、基板１の回転による遠心力で振り切られる薬液は極めて少なく、無駄な薬液の消費がない。なお、遠心力で振り切られた薬液は、カバー部７の壁面により飛散を防止され、該壁面を伝って樋部９に溜まり図示省略の排出口より装置外部に排出される。
【００３３】
基板１の表面への塗膜が終了すると、駆動手段８は高速回転モードに移行する。これは、手動または自動により行われる。これにより基板１は回転手段５を介して2000〜5000rpmで回転される。そして、この高速回転は10秒程度の間続けられ塗膜が乾燥される。
【００３４】
塗膜が乾燥すると、マスク３が退避され、基板１が取り出される。こうして、薄膜塗布工程は終了する。そして、次の基板１が装着される前に、フィルム状のマスク３が巻取部１１に巻き取られ新しいマスク３が準備される。
【００３５】
なお、図５に示すように、基板１の搬送手段１３を備えた場合には、基板１が該搬送手段１３により外部から搬送され回転手段５の上部に位置付けられる。このとき、昇降可能に設けられた回転手段５は、最下点に下降した状態で待機している。
【００３６】
基板１が回転手段５の上部に達すると、図示省略の検出センサーが作動して、回転手段５が上昇を開始する。そして、回転手段５は該回転手段５の回転軸５ａを基板１の中心部に設けた回転軸挿通孔１ｂに挿通させて最上点まで上昇し、基板１を所定位置に位置付ける。なお、この場合、マスク３は退避手段を備えず常に同位置に固定されているので、基板１の所定領域を常に覆うことができる。
【００３７】
基板１が所定位置に位置付けられると、図示省略のセンサーによりそれを検知して、駆動手段８をＯＮさせ前述と同様にして薬液の塗布及び乾燥が成され薄膜塗布工程が終了する。そして、所定の時間が経過すると回転手段５は下降して行く。その下降途中において、基板１は搬送手段１３に受け止められ、装置外に搬出される。
【００３８】
以上説明したように、上記スピンコート装置６は、基板１の所定領域を覆ってマスク３を備え、回転手段５に保持された基板１上のマスク３で覆われていない開放部２の上方に薬液を噴霧するスプレーノズル４を備えて該開放部２に対して薬液を噴霧し薄膜塗布を行うようにしているので、所望の領域のみに薄膜を塗膜形成することができる。
【００３９】
また、スプレーノズル４により回転する基板１に薬液を噴霧して薄膜形成をするようにしているので、僅かな量の薬液噴霧でも基板１の所定領域に均一な薄膜塗布が可能であり、塗布時間及び乾燥時間の短縮ができ生産効率が向上する。
【００４０】
さらに、薬液の使用量が少ないので、例えば、光ディスクの記録層を形成する場合、高価な色素の使用量を減らすことができ、記録層形成工程のコストダウンが図れる。
【００４１】
また、マスク３はフィルム形状をなし、ロール状に巻き上げられたものを１回の薄膜塗布作業が終了する度に巻取り常に新しいマスク３が供給できるようにしているので、薄膜塗布工程で基板を汚し生産歩留まりを低下させる虞がない。
【００４２】
図６及び図７は本スピンコート装置６を基板１の自動搬送ラインに適用した例を示すものである。
図６は、直線自動搬送ライン１４を構成したものであり、例えば、図示省略のベルトコンベアで基板１を随時搬送して供給し、塗膜形成部１５で薬液が噴霧され塗膜が形成される。塗膜形成部１５には図４または図５のスピンコート装置が設置されており、基板１が回転手段５上に載置されて所定の回転数で回転される。このとき、基板１は図６に示すように所定領域をマスク３で覆われ、開放部２を形成している。そして、該開放部２に対して図示省略のスプレーノズルにより図６の紙面上方より薬液が噴霧され基板１の所定領域に塗膜が形成される。このようにして、塗膜が終了すると基板１は、ベルトコンベアで搬出される。
【００４３】
また、図７は円形自動搬送ライン１６を構成したものである。基板１は基板供給口１７により随時供給される。そして、図示省略の搬送手段により搬送されて、塗膜形成部１５に運ばれる。図４または図５に示すスピンコート装置を設置した塗膜形成部１５では、前述したように基板１の所定領域をマスク３で覆って回転させ、開放部２を通して図７の紙面上方より図示省略のスプレーノズルにより薬液を噴霧して、基板１の所定領域に塗膜を形成する。そして、塗膜が終了すると基板１は再び搬送され、基板搬出口１８から搬出される。
【００４４】
このように、本スピンコート装置６を図６及び図７に示す自動搬送ラインに適用することによって、生産効率を向上させることができる。
【００４５】
なお、上記基板１は、光ディスクに限定されるものではなく、例えば、シリコンウエハ等の半導体基板に対しても適用できることはいうまでもない。この場合、回転手段５の上面は平坦面に形成され、例えば半導体基板を該平坦面に吸着させて保持する等の保持手段が設けられる。
【００４６】
半導体基板を使用するときには、該半導体基板の半分の表面領域がマスク３で覆われ、他の半分の表面領域の開放部２に対してレジストやＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ ）等の薬液が噴霧されて塗布される。この場合、上記レジスト等は、半導体基板の半分の表面領域に噴霧するだけで半導体基板の全表面に塗布されるのでレジスト等の薬液の使用量を減らすことができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係るスプレー併用スピンコート方法によれば、マスクで水平に保持されて回転する基板の薄膜形成側の表面にてその周縁部から半径方向の内方に所定距離だけ後退した領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れて覆い、基板の上方に配置されたスプレーノズルで、該基板の表面に薬液を噴霧して薄膜を形成することができる。従って、僅かな薬液噴霧量で基板のドーナツ状の領域に均一な薄膜塗布を行うことができる。これにより、塗布時間及び乾燥時間が短縮され生産効率が向上する。また、薬液の使用量を少なくできるため薄膜塗布工程のコストダウンが図れる。さらに、例えば１回の薄膜塗布作業が終了する度にマスクを巻取るようにすれば、常に新しいマスクを使用することができ、薄膜塗布工程で基板を汚し生産歩留まりを向上することができる。
【００４８】
また、請求項２に係る発明によれば、マスクで覆われた領域以外に位置されたスプレーノズルで、基板の半径の幅内でその垂直上方から基板に薬液を噴霧することができる。従って、基板の所定の噴霧領域に均一に塗膜することができる。
【００４９】
さらに、請求項３に係る発明によれば、基板の表面を覆うマスクの領域内に位置されたスプレーノズルで、基板の斜め上方から薬液を噴霧することができる。従って、マスク下部への薬液の回りこみを抑えて基板の所定の噴霧領域に均一に塗膜をすることができる。
【００５０】
また、請求項４に係るスピンコート装置によれば、マスクで基板の薄膜形成側の表面にてその周縁部から半径方向の内方に所定距離だけ後退した領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れて覆い、回転手段で基板を水平に保持して回転させ、基板の上方に配置されたスプレーノズルで該基板の表面に薬液を噴霧することができる。従って、僅かな薬液噴霧量で基板のドーナツ状の領域に均一な薄膜塗布を行うことができる。さらに、保持部でロール状に巻き上げられたフィルム形状のマスクを保持し、回転手段に保持される基板を間に上記保持部と対向して配設された巻取部で巻き取ることができるので、マスクは常に新しい状態で使用することができ、基板を汚すことがなく生産歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるスプレー併用スピンコート方法の第１の実施形態を示す正面図である。
【図２】 基板への塗膜例を示す説明図である。
【図３】 本発明によるスプレー併用スピンコート方法の第２の実施形態を示す正面図である。
【図４】 本発明によるスピンコート装置を示す中心断面の概略正面図である。
【図５】 上記スピンコート装置を示す中心断面の概略側面図である。
【図６】 上記スピンコート装置を直線自動搬送ラインに適用した例を示す説明図である。
【図７】 上記スピンコート装置を円形自動搬送ラインに適用した例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…基板
１ａ…塗膜領域
２…開放部
３…マスク
４…スプレーノズル
５…回転手段
６…スピンコート装置
１０…保持部
１１…巻取部

Claims (4)

1. 水平に保持されて回転する基板の薄膜形成側の表面にてその周縁部から半径方向の内方に所定距離だけ後退した領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れて設けられフィルム形状を有してロール状に巻き上げられたマスクで覆い、
   前記基板の上方に配置されたスプレーノズルにより該基板の表面に薬液を噴霧し、
   前記基板の所定領域に薄膜を形成することを特徴とするスプレー併用スピンコート方法。
2. 前記スプレーノズルは、前記基板の前記マスクで覆われた領域以外に位置され、該基板の半径の幅内でその垂直上方から薬液を噴霧することを特徴とする請求項１記載のスプレー併用スピンコート方法。
3. 前記スプレーノズルは、前記基板の表面を覆うマスクの領域内に位置され、該基板の斜め上方から薬液を噴霧することを特徴とする請求項１記載のスプレー併用スピンコート方法。
4. 基板を水平に保持して回転させる回転手段と、
   前記回転手段の上方に配置され、該回転手段に保持された基板の薄膜形成側の表面にてその周縁部から半径方向の内方に所定距離だけ後退した領域を、該基板表面から上方に所定距離だけ離れて覆うフィルム形状を有してロール状に巻き上げられたマスクと、
   前記回転手段を間に両側方に対向して配設され、前記マスクのロールを保持する保持部及び該マスクのフィルムを巻き取る巻取部と、
   前記回転手段の上方に配置され、前記基板の表面に薬液を噴霧するスプレーノズルと、
   を備えたことを特徴とするスピンコート装置。

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