JP4898248B2

JP4898248B2 - スピン塗布装置及びスピン塗布方法

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Publication number: JP4898248B2
Application number: JP2006064637A
Authority: JP
Inventors: 洋次瀧澤; 浩史三浦
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP2007237103A

Description

本発明は、例えば、光ディスクのような平板状記録媒体の製造のために、基板上に滴下された樹脂等の材料を、基板の回転により塗布するスピン塗布装置及びスピン塗布方法に関する。

光ディスクや光磁気ディスク等の光学読み取り式の円盤状記録媒体は、再生専用のものばかりでなく、記録された情報の書き換えが可能なものも広く普及している。かかる記録媒体の製造においては、基板に形成された記録面を覆う保護層を形成したり、基板同士を貼り合せるために、基板表面に樹脂（接着剤）を塗布する工程を経る必要がある。

例えば、基板の貼り合せの場合、２枚のポリカーボネート製の基板を射出成型し、スパッタリングによって金属膜を形成する。そして、２枚の基板の接合面に、紫外線硬化型の樹脂をスピンコートによって塗布する。樹脂を塗布された一対の基板は、真空中で互いの樹脂面が貼り合わされる。この基板を大気圧に出し、これに対して紫外線を照射することにより、樹脂を硬化させる。基板に保護層を形成する場合にも、基板の表面にスピンコートによって樹脂を塗布し、紫外線硬化を行う方法が一般的である。

ところで、上記のように、記録層が樹脂で覆われた光学式のディスクは、情報の読み書きに用いられるレーザがディスクに照射されたときに、安定してスポットが形成されるように、反りや歪みのない平坦なものとする必要がある。従って、かかるディスクにおいては、保護層や接着層の層厚が、できるだけ均一となっていることが望ましい。しかし、スピンコートによる塗布の場合、樹脂は遠心力によって展延していくため、基板の内側に比較して周縁部が厚く盛り上がってしまい（例えば、１０μｍ程度）、膜厚を均一化させることは困難である。

これに対処するため、以下のような技術が開示されている。
［特許文献１］
ディスク基板の外周下部に配置されたノズルからエアーを吹き付けて、ディスク基板の外周端より外側の圧力を負圧とし、紫外線硬化樹脂の外周部の盛り上がりを除去する技術である。
［特許文献２］
ディスクを回転可能に支持するスピンコーターを、その上部に開口を有するハウジングで囲い、内部を負圧にすることで、ディスク中心部から外縁に向かう気流を発生させて、フォトレジスト層の厚みを均一にする技術である。

［特許文献３］
処理容器内の基板の表面に整流板を対向させて、処理容器内を減圧することにより、基板表面に沿って中央から外側に向かう気流を発生させて、基板乾燥、基板周縁部の塗布液の跳ね上り抑制を図った技術である。
［特許文献４］
閉空間内の基板の上部に、リング状の凸部を配置し、閉空間内を減圧することで、リング内側から基板の周縁へと流れる気流によって、基板の周縁部の薬液層を上から押さえ込む技術である。

［特許文献５］
基板に接近した内壁（天井）を持つ密閉容器と外部との間で、密閉容器が回転することで生じる回転方向前後の圧力差（ピトー管原理）によって、基板と天井との間に中心から外縁に向かう気流を発生させ、基板周辺部に滞留する塗布液を押し潰す技術である。

特開２００４−１６４７２７号公報特開平９−５４９９０号公報特開２００５−２１７２８２号公報特開２００１−１８５４６９号公報特開平５−２００３４９号公報

しかしながら、上記のような従来技術は、以下のような問題があった。
［特許文献１］
固定のノズルからの吹き付けを行うため、外周面に対して負圧が発生する箇所は点となる。この場合、スピン速度と吹き出しを、常にタイミング良く制御しないと、周方向の負圧の程度にばらつきが発生する可能性がある。

もし、回転停止した状態でノズルからの吹き出しのみがなされていると、ある一点のみが負圧の影響を受けてしまう。一方、回転停止前に吹き出しを停止すると、負圧の効果が無くなった後も、スピンによる外周部への樹脂の流動が発生し、盛り上がりを解消できない。たとえ、ノズルを複数としても、連続性が得られないために、同様の問題が残る。

［特許文献２］
気流発生のためにスピンコーターの排気手段を用いるため、調整要素が排気のみとなるため、ディスクの周縁部における塗布厚について、所望の均一性を確保するための調整は困難である。

［特許文献３］
密閉容器が必要になるとともに、気流は全面に均一にかかるため、基板の周縁部における塗布液の盛り上がり防止のためには有効ではない。スピンコートにそのまま適用した場合には、却って周縁部の盛り上がりを助長することになる可能性がある。

［特許文献４］
密閉容器が必要になるとともに、基板の回転は遠心力発生のために過ぎず気流の発生には関与していないので、薬液の盛り上がりは、排気によって生じる気流のみによって押さえ込む必要がある。このため、排気による減圧は必須となり、相当な排気量が必要となる。また、かかる気流発生のために、開閉蓋は、インナハウジングを閉じるように定位置に位置決めする必要があるため、基板に対する開閉蓋の位置は一定である。従って、調整要素は排気のみとなり、所望の均一性を確保するための調整が困難である。

［特許文献５］
密閉容器が必要になるとともに、密閉容器自体を回転させる必要があるため、安定した回転を実現するためには、構造、駆動源の強化が必要となり、装置コスト高となる。また、密閉容器内に収容しているため、基板と密閉容器の内壁との間隔は一定であり、調整要素が排気のみとなり、所望の均一性を確保するための調整が困難である。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、簡単な構成で、塗布材料の均一性を確保できるとともに、調整が容易なスピン塗布装置及びスピン塗布方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するため、請求項１の発明は、基板を支持する支持部と、基板上に滴下された塗布材料が展延されるように、前記支持部に支持された基板を回転させる回転駆動部とを備えたスピン塗布装置において、
基板における塗布材料の塗布面に対向する対面部を備え、前記対面部は、基板の表面と前記対面部との間に気体を流入させる開口部と、基板の回転により生じる基板表面の気流の速度を増す低圧部を生じさせるように、基板の周縁近傍に接近する接近部と、を有し、前記接近部は、前記低圧部の位置が変化するように移動可能に設けられていることを特徴とする。

請求項８の発明は、基板上に塗布材料を滴下し、基板を回転させることにより塗布材料を展延するスピン塗布方法において、基板における塗布材料の塗布面の周縁近傍上の空間を、基板の回転により生じる基板表面の気流の速度が増す低圧部を生じさせるように狭め、接近部を移動させることにより、前記低圧部の位置を調節することを特徴とする。

以上のような請求項１及び８の発明では、支持部に支持され、塗布材料を滴下された基板を回転させると、遠心力により塗布材料が展延していく。これと同時に、回転する基板表面において気体分子が引かれるので、開口部から流入した気体が外周へと向かう渦状の気流が生じる。基板の周縁近傍においては、接近部が基板に接近しているために空間が狭くなり、入口より狭い出口を通過する気流に生じるベンチュリ効果により、部分的にその流速が速まる。従って、基板周縁の塗布材料が吹き飛ばされ、盛り上がりが防止される。
また、接近部の位置を変えることにより、塗布材料の吹き飛ばしの効果が得られる位置や、気流の速度を容易に調整することができる。また、接近部を移動させることにより、基板の搬入搬出、塗布材料を滴下する手段との干渉を避けるように退避させることも容易となる。

請求項２の発明は、請求項１のスピン塗布装置において、前記接近部は、複数設けられていることを特徴とする。
以上のような請求項２の発明では、複数の接近部によって、吹き飛ばしの効果が得られる位置を複数としたり、その範囲を拡大することができる。さらに、各接近部を可動とすれば、吹き飛ばしの効果が得られる箇所や範囲を所望のものに調整できる。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項のスピン塗布装置において、前記接近部を加熱する加熱部が設けられていることを特徴とする。
以上のような請求項６の発明では、接近部を高温とすることにより、基板周縁の塗布材料が加熱されて流動化されるので、吹き飛ばしによる薄膜化を促進できる。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項のスピン塗布装置において、前記対面部における基板との対向面に、隆起部若しくは溝部が形成されていることを特徴とする。
以上のような請求項７の発明では、隆起部若しくは溝部によって、整流作用が生じるので、基板周縁の塗布材料に対して、バラつきのない均一な吹き飛ばしを実現できる。

以上、説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、塗布材料の均一性を確保できるとともに、調整が容易なスピン塗布装置及びスピン塗布方法を提供することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態と呼ぶ）について、図面を参照して具体的に説明する。
［構成］
まず、本発明の参考例の構成を、図１〜４を参照して説明する。なお、本参考例は、射出成型されて記録層が形成された基板に、保護用の樹脂層を形成する装置であり、基板の成型や記録層の形成のための装置、本参考例に基板を搬入搬出する装置等については、公知のあらゆる技術を適用可能であるため、説明を省略する。

すなわち、本参考例は、図１に示すように、基板１を支持する支持部２と、支持部２の上方に適宜位置決めされる塗布部３、基板１に対向する対面部４を有している。支持部２は、基板１が載置される載置台２１、基板１の中心穴に挿入されることにより基板１を保持するピン２２、載置台２１を回転させるモータ等の駆動部２３が設けられている。

塗布部３は、図示しないタンクから供給される紫外線硬化型の樹脂Ｒを、基板１上に塗布する塗布ノズル３１を有している。この塗布ノズル３１は、載置台２１上の基板１を回転させながら樹脂Ｒを滴下することにより、リング状に樹脂Ｒを塗布できる。また、塗布ノズル３１は、図示しない駆動機構によって昇降可能に設けられている。

対面部４は、円筒形の部材であり、その底面は基板１の外縁に対応する平坦面である接近部４１、その内側は開口部４２となっている。そして、対面部４は、図示しない駆動機構によって、昇降可能に設けられている。対面部４の昇降によって、接近部４１が基板１に対して接近する距離を調節できる。また、開口部４２は、気流発生時に、気体（例えば、空気）が流入する部分である。

駆動部２３、塗布ノズル３１及び対面部４の駆動機構等の動作タイミングは、制御装置によって制御することにより行われる。この制御装置は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって実現できる。従って、以下に説明する手順で本装置の動作を制御するためのコンピュータプログラム及びこれを記録した記録媒体も、本発明の一態様である。

［作用］
上記のような構成を有する本参考例の作用を説明する。まず、図１に示すように、載置台２１に基板１を載置し、その上部に塗布ノズル３１を移動させて、樹脂Ｒを滴下しながら、載置台２１を低速回転させることにより、樹脂Ｒをリング状に塗布する。そして、図２に示すように、載置台２１を高速回転させることにより、遠心力により樹脂Ｒを展延させていく。これと並行して、対面部４を下降させ、その接近部１１を基板１の周縁に接近させることにより（例えば、基板１の表面から０．５ｍｍ程度）、基板１の周縁上の空間を狭くする。

このとき、図３に示すように、回転する基板１の表面の気体分子が引かれるので、開口部４２から流入した気体が、基板１の周縁へ向かう渦状の気流Ａが生じる。そして、基板１の周縁部においては、接近部１１の接近により、入口より狭い出口を通過する気流Ａに、ベンチュリ効果が生じ、その流速が早まる。このように、高速と成った気流Ａによって、図４に示すように、基板１の周縁部の樹脂Ｒが吹き飛ばされるため、樹脂Ｒの隆起が防止される。さらに、載置台２１の回転を停止し、対面部４を上昇させ、基板１を次工程に搬送する。

［効果］
以上のような本参考例によれば、スピン塗布のために回転する基板１の周縁部に、単に接近部４１を接近させるだけで、部分的に流速が高まるので、基板１の周縁の樹脂Ｒが吹き飛ばされて、盛り上がりが防止される。従って、非常に簡単な構成で、均一な塗布を実現できる。特に、その周囲に密閉容器が必要なく、排気処理は必ずしも必要がないため、設備の簡素化と低コスト化が可能となる。

また、接近部４１は連続したリング状の面なので、基板１の周縁の樹脂Ｒに対する吹き飛ばし効果が均一となり、仕上がりにばらつきが生じない。さらに、対面部４を昇降させることによって、基板１と接近部４１との間の距離を調節すれば、流路を広げたり狭めたりすることができるので、ベンチュリ効果による流速の制御が可能となる。従って、樹脂Ｒの種類や外部環境（温度等）に応じて、層を均一に形成するための最適な調節が容易となる。

［実施形態］
上記のような参考例を踏まえて、本発明の実施形態を説明する。例えば、支持部と対面部との位置は、相対的に変えることができればよい。従って、上記の参考例における載置台２１側を昇降させる構造としたり、対面部４１及び載置台２１の双方を昇降させる構造としてもよい。

また、接近部の形状は、特定のものには限定されない。例えば、図５及び図６に示すように、接近部４１を傾斜した平面としてもよい。図７に示すように、段差が設けられたものであってもよい。図８に示すように、曲面（例えば、ベンチュリ管断面、逆翼断面等）であってもよい。対面部若しくは接近部自体の角度を可変とすることにより、異なる傾斜面を実現してもよい。接近部を可塑性、弾力性又は切削性のある材料によって構成し、所望の形状に自由に変形又は加工できるように構成してもよい。接近部を積層されたプレートとして、積層数を変えることにより、基板との距離を調整できるようにしてもよい。

さらに、接近部を基板と平行な方向若しくは基板に接離する方向に可動な構成として、吹き飛ばしポイントとなる低圧部の位置を変えられるようにしてもよい。例えば、図９及び図１０に示すように、接近部４１を、基板１の半径方向に移動可能に構成してもよいし、図１１に示すように、基板１の半径方向に複数の接近部４１を出没可能に設け、いずれが突出するかを変更することにより、低圧位置を変えられるように構成してもよい。かかる場合は、接近部４１は分割構成となっており、連続したリング状ではなくなるが、エアー吹き付けのノズルとは異なり、個々の接近部４１は広範に連続した面を持ち、互いの間の多少の隙間は大きく影響しないので、均一性確保には問題はない。なお、上記のような接近部の移動を、樹脂の展延中に行ってもよい。接近部を移動可能に設けると、基板の搬入搬出、塗布部との干渉を避けるように退避させることも容易となる。

また、スピン塗布を所定の空間内で行う構成としてもよい。例えば、図１２に示すように、基板１を載置する載置台２１を、対面部４を設置した処理容器５内に収容し、この処理容器５とともに対面部４が昇降する構成としてもよい。この場合、対面部４の上部を、中央に開口部４４を設けた蓋部４３で塞ぎ、処理容器５の下部には、通気孔５１を設ける。そして、ブロワにより、開口部４４からの給気若しくは通気孔５１からの排気をすることにより、基板１の中央から外側への強い気流を生じさせることができる。この場合にも、基本的には基板１の回転のみによって生じる気流を利用するので、給気や排気は、従来技術に比べて非常に弱いもので済む。

また、図１３に示すように、対面部４を、中央に開口部４２を設けた円盤状の部材として、基板１の周縁近傍が突出した接近部４１としても、同様の効果が得られる。さらに、対面部における基板と対向する面には、接近部とは別に若しくは兼用させるように、溝や隆起を設けて、整流作用を得るようにしてもよい。例えば、図１４に示すように、対面部４における基板１と対向する面に、インボリュート（渦巻）ポンプのような形状のフィン４５を設けて、気流を促進させ、均一化を図ってもよい。

また、加熱装置によって接近部を加熱することにより、基板の周縁部の樹脂の流動化を促進し、吹き飛ばしの効果を高めてもよい。なお、基板については、その大きさ、形状、材質等は自由であり、スピン塗布が必要なあらゆるものに適用可能である。樹脂についても、あらゆるディスクの保護層、接着層に使用するものが適用可能である。

本発明のスピン塗布装置の一実施形態を示す縦断面図である。図１の実施形態の樹脂展延過程を示す縦断面図である。図１の実施形態の基板表面の気流の一例を示す説明図である。図１の実施形態の気流発生状態を示す縦断面図である。本発明のスピン塗布装置の接近部を傾斜面とした一実施形態を示す縦断面図である。本発明のスピン塗布装置の接近部を傾斜面とした一実施形態を示す縦断面図である。本発明のスピン塗布装置の接近部に段差を設けた一実施形態を示す縦断面図である。本発明のスピン塗布装置の接近部を曲面とした一実施形態を示す縦断面図である。本発明のスピン塗布装置の接近部を可動とした一実施形態を示す縦断面図である。本発明のスピン塗布装置の接近部を可動とした一実施形態を示す底面図である。本発明のスピン塗布装置の接近部を複数とした一実施形態を示す縦断面図である。本発明のスピン塗布装置において、処理容器を用いた一実施態様を示す縦断面図である。本発明のスピン塗布装置の対面部を円盤状とした一実施形態を示す縦断面図である。本発明のスピン塗布装置の対面部にフィンを設けた一実施形態を示す底面図である。

符号の説明

１…基板
２…支持部
３…塗布部
４…対面部
５…処理容器
１１…接近部
２１…載置台
２２…ピン
２３…駆動部
３１…塗布ノズル
４１…接近部
４２…開口部
４３…蓋部
４４…開口部
４５…フィン
５１…通気孔

Claims

基板を支持する支持部と、基板上に滴下された塗布材料が展延されるように、前記支持部に支持された基板を回転させる回転駆動部とを備えたスピン塗布装置において、
基板における塗布材料の塗布面に対向する対面部を備え、
前記対面部は、
基板の表面と前記対面部との間に気体を流入させる開口部と、
基板の回転により生じる基板表面の気流の速度を増す低圧部を生じさせるように、基板の周縁近傍に接近する接近部と、
を有し、
前記接近部は、前記低圧部の位置が変化するように移動可能に設けられていることを特徴とするスピン塗布装置。
前記接近部は、複数設けられていることを特徴とする請求項１記載のスピン塗布装置。
前記複数の接近部は、
前記回転駆動部の回転中心と同心円の半径方向に配設され、
前記基板に対して接離する方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項２記載のスピン塗布装置。
前記複数の接近部は、
前記回転駆動部の回転中心と同心円上に配設され、
前記基板と平行な方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項２記載のスピン塗布装置。
前記複数の接近部は、前記回転駆動部の回転中心と同心円の円弧形状であることを特徴とする請求項３又は請求項４記載のスピン塗布装置。
前記接近部を加熱する加熱部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスピン塗布装置。
前記対面部における基板との対向面に、隆起部若しくは溝部が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスピン塗布装置。
基板上に塗布材料を滴下し、基板を回転させることにより塗布材料を展延するスピン塗布方法において、
基板における塗布材料の塗布面の周縁近傍上の空間を、基板の回転により生じる基板表面の気流の速度が増す低圧部を生じさせるように狭め、
接近部を移動させることにより、前記低圧部の位置を調節することを特徴とするスピン塗布方法。