JP5174391B2 - スピンコーター - Google Patents

Description

本発明は、回転するディスク状部材上に滴下部材を滴下して膜を形成するスピンコーターに関するものである。本発明は、各種記録媒体の記録膜、感光膜、フォトレジスト膜、絶縁膜、保護膜、色素膜等の形成、あるいは、洗浄等に使用でき、前記滴下部材の回収率がほぼ１００％で無公害のスピンコーターに関するものである。

スピンコーターは、たとえば、特開平８−１６８７１４号公報に記載されているように、基板の中心に吐出ノズルを設け、前記吐出ノズルから塗布液が滴下される際に、初期の濃度変化した液滴を回収装置で受け止め、その後、前記回収装置を横に移動してから、所定の濃度である液滴を滴下するものである。

図６は従来のスピンコーターを説明するための概略斜視図である。図７は従来のスピンコーターを説明するための概略断面図である。図６および図７において、スピンコーター６１は、コーティングカップ６４と、前記コーティングカップ６４の内部に回転制御されるディスク載置基盤６６と、前記ディスク載置基盤６６上に載置されたディスク６３と、ディスペンサー６２とから少なくとも構成されている。

また、前記ディスク載置基盤６６およびディスク６３は、サーボモータ６８によって、回転軸６５を中心にして回転制御される。ディスペンサー６２から滴下された溶液は、外周に移動しながらディスク６３上に塗布される。前記溶液は、余剰のものがスピンアウトして、コーティングカップ６４内に飛び散る。前記飛び散った溶液は、垂直面６４１に衝突して、コーティングカップ６４内の至る所に付着する。前記コーティングカップ６４の蒸気または溶液の一部は、吸引パイプ６７、６７′を介してブロアーファンにより吸引される。前記コーティングカップ６４の底部に溜まった溶液は、ドレインパイプ６８から図示されていない回収タンクに回収される。

たとえば、従来のスピンコーターは、追記型光ディスク（ＤＶＤ−Ｒ）の記録膜を形成する際に、塗布する部材の内、有機色素が１．５重量％、溶剤が９８．５重量％である。
特開平８−１６８７１４号公報

前記従来例におけるスピンコーターは、余剰の溶液が遠心力によりコーティングカップの垂直面に激しく衝突し、ディスクのコーティング面に跳ね返ることを防止するために、コーティングカップの底部からブロアーファンにより管６７、６７′を介して強制的に排気している。ディスクに塗布される溶液は、約１０％であり、残りのほとんどが前記ブロアーファンによって強制的に屋外に排気される。前記ブロアーファンによって強制的に排気されなかった僅かの溶液は、回収タンクに回収される。

また、余剰の溶液は、空気を吸込み、強制的に排気しているため、コーティングカップの内壁に乾燥した状態で付着し、空気とともに不純物として混入される。前記ブロアーファンによって強制的に屋外に排気された前記溶液を含んだ空気は、空中にばらまかれて大きな公害問題を発生する。回収された溶液は、僅かの量であり、再利用することが困難であった。前記屋外に排気された空気は、公害を伴わない新鮮な空気にするための高価な設備投資が必要であった。

以上のような課題を解決するために、本発明は、滴下部材を強制的に排気することなく、１００％再利用できる状態で回収し、無公害のスピンコーターを提供することを目的とする。

（第１発明）
第１発明のスピンコーターは、ディスク状部材を載置して回転制御装置により回転させる回転基盤と、前記回転基盤の上部に所望の滴下部材を供給するノズルと、前記ディスク状部材の上部からスピンアウトした前記滴下部材を散乱させることなく、内壁面に沿って下方に流して回収できる面を有するほぼドウナツ状で、前記滴下部材のスピンアウト面と、前記ドウナツ状の内壁面からなる散乱面との角度が前記スピンアウト面の上部において、９０度より小さく、かつ、前記滴下部材のスピンアウト面と、前記ドウナツ状の内壁面からなる散乱面との角度が前記スピンアウト面の下部において、９０度より大きく、さらに、前記ディスク状部材および前記回転基盤を内部に備えることができるコーティングカップと、前記コーティングカップのほぼ中心部で、前記ディスク状部材の上下に所定の隙間が設けられた環状突部と、前記コーティングカップの一方から前記滴下部材を回収するドレインパイプと、前記ドレインパイプに連結された回収タンクと、から少なくとも構成されていることを特徴とする。
ディスク状部材を載置して回転制御装置により回転させる回転基盤と、前記回転基盤の上部に所望の滴下部材を供給するノズルと、前記ディスク状部材の上部からスピンアウトした前記滴下部材を散乱させることなく、内壁面に沿って下方に流して回収できる面を有するほぼドウナツ状で、前記ディスク状部材および前記回転基盤を内部に備えているコーティングカップと、前記コーティングカップの一方から前記滴下部材を回収するドレインパイプと、前記ドレインパイプに連結された回収タンクとから少なくとも構成されていることを特徴とする。

（第２発明）
第２発明のスピンコーターにおいて、第１発明のディスク状部材とコーティングカップの上部に設けられた環状突部との隙間は、５ｍｍ以内、好ましくは３．６ｍｍであることを特徴とする。

（第３発明）
第３発明のスピンコーターにおいて、第１発明のディスク状部材と回転基盤の底部とコーティングカップの下部に設けられた環状突部との隙間は、２ｍｍ以内、好ましくは１．０ｍｍであることを特徴とする。

（第４発明）
第４発明のスピンコーターにおいて、第１発明におけるコーティングカップの底部は、ドレインパイプに向かって傾斜していることを特徴とする。

（第５発明）
第５発明のスピンコーターにおいて、第１発明のドレインパイプは、前記コーティングカップの底部より僅かに突出して設けられていることを特徴とする。

（第６発明）
第６発明のスピンコーターにおいて、第１発明のコーティングカップの内面には、フッ素樹脂系の膜が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、スピンコーターは、スピンアウトした滴下部材がコーティングカップの内壁面に衝突した際に側方および上方に散乱するがなく、１００％再利用でき、無公害のスピンコーターとすることができる。

本発明によれば、スピンコーターは、スピンアウトした滴下部材が内壁面に沿って下方に流れ、前記コーティングカップの底部に溜まり、不純物を含むことなく回収することが容易である。

本発明によれば、スピンコーターは、ブロアーファン等により強制的に排気することなく、密閉状態に近い状態で、所定の蒸気を満たして乾燥しないため、回収した滴下部材をそのまま、１００％再利用できるだけでなく、公害を出すおそれがない。

本発明によれば、コーティングカップの内壁面の角度を上方に飛散しないようにしたため、ディスク状部材に跳ね返ることがなく、所望の厚さの膜を形成することができる。

本発明によれば、コーティングカップ内の滴下部材の蒸気を一定にして、乾燥させないため、１００％の再利用が可能になった。また、本発明によれば、洗浄の場合、洗浄後の水等がディスク状部材にかかることがないため、洗浄水を節約することができるとともに、回収タンクに回収された洗浄水を容易に処理することができる。

（第１発明）
第１発明のスピンコーターは、ディスク状部材を載置して回転する回転基盤と、前記ディスク状部材の上面に所望の滴下部材を滴下するノズルと、余剰の滴下部材の散乱を防止するほぼドウナツ状コーティングカップと、前記ほぼドウナツ状コーティングカップから前記余剰の滴下部材を回収するドレインパイプと、前記ドレインパイプに連結された回収タンクとから構成されている。

前記回転基盤は、上部にディスク状部材を載置して、サーボモータおよび制御回路からなる回転制御装置により所望の回転速度で回転する。前記ノズルは、前記回転基盤の上部に配置され、前記ディスク状部材上に所望の滴下部材を滴下する。前記コーティングカップは、断面がほぼ玉子形をしたほぼドウナツ状であり、中央部に前記ディスク状部材および前記回転基盤を内部に備えている。前記コーティングカップと前記ディスク状部材および前記回転基盤の位置関係は、従来のものと同じである。前記ドレインパイプは、前記コーティングカップの一方から前記滴下部材が流下して、空気に振れることなく、回収タンクに回収できる構造になっている。

前記滴下部材は、前記ディスク状部材上に滴下され、余剰のものが前記ディスク状部材の上部からスピンアウトする。前記スピンアウトした前記滴下部材は、コーティングカップの内壁面に衝突した際に上方および前記ディスク状部材方向に散乱することなく、下方向または内壁面に沿って流れ、前記コーティングカップの底部に溜まり、不純物を含むことなく回収が容易にできる。本発明のスピンコーターは、ブロアーファン等により強制的に排気することなく、密閉状態で所定の蒸気を満たし、コーティングカップの内部が乾燥しないため、回収した滴下部材をそのまま、ほぼ１００％再利用でき、公害を出すおそれがなく、滴下部材の特別な回収装置が不要である。前記滴下部材は、ＤＶＤ等の記録膜、感光膜、保護膜、フォトレジスト膜、色素膜等の膜形成用、および洗浄液等を含む。

第１発明のコーティングカップの内壁面は、スピンアウトした前記滴下部材がディスク状部材方向および上部方向に飛散しないような角度になっている。また、前記コーティングカップの内壁面は、前記滴下部材が付着せずに、前記コーティングカップの底部に溜まるような形状になっている。前記滴下部材が前記ディスク状部材からスピンアウトする水平面と、コーティングカップの内壁面となる曲面からなる散乱面との角度は、前記スピンアウト面の上部において、９０度より小さくしている。前記角度は、前記スピンアウトした滴下部材が前記コーティングカップの上部に付着することが少なく、ほとんどが前記コーティングカップの底部に向かって散乱する。

第１発明のスピンコーターは、前記滴下部材が前記ディスク状部材からスピンアウトする水平面と、コーティングカップの内壁面からなる散乱面との角度が、前記スピンアウト面の下部において、９０度より大きくしている。前記角度は、前記スピンアウトした滴下部材が前記コーティングカップの下部に向かって散乱するとともに、前記内壁面に沿って落下し、前記滴下部材が底部に溜まるような形状になっている。本発明におけるコーティングカップの内壁面は、連続した曲面または複数の角度をもった平面とすることができる。

（第２発明）
第２発明のスピンコーターは、前記ディスク状部材とコーティングカップとの間にできる隙間の大きさを規定することにより、滴下部材が蒸気となって逃げるのを防ぎ、再使用ができる濃度に保つことができる。すなわち、前記ディスク状部材と前記コーティングカップの上部に設けられた環状突部との隙間は、実験の結果、５ｍｍ以内、好ましくは３．６ｍｍであることを突き止めた。

（第３発明）
第３発明のスピンコーターにおいて、回転基盤の底部と前記コーティングカップの下部に設けられた環状突部との隙間は、できるだけ狭いことが望ましい。しかし、前記ディスク状部材は、高速で回転しているため、工作精度等を考慮した場合、２ｍｍ以内、好ましくは１．０ｍｍで良いことを突き止めた。

（第４発明）
第４発明のスピンコーターにおいて、ほぼドウナツ状のコーティングカップの底部は、前記ドレインパイプに向かって傾斜している。すなわち、前記底部は、前記滴下部材が一部に滞留することなく、必ずドレインパイプに向かって流れ込むようになっているため、回収された滴下部材の濃度を一定にすることができるとともに、直ちに、再利用ができる。

（第５発明）
第５発明のスピンコーターにおいて、ドレインパイプは、前記コーティングカップの底部より僅かに突出させ、常に一定量の滴下部材を前記コーティングカップの底部に溜めた後に回収されるようになっている。前記コーティングカップの底部に溜められた滴下部材は、蒸発により内部の蒸気を一定量とすることにより回収される滴下部材の濃度を同じに保つことができる。第３発明および第４発明は、滴下部材の溶剤濃度によりいずれか一方、あるいは両方が選択される。

前記スピンコーターは、コーティングカップと回収タンクの間をドレインパイプによって接続されているため、前記滴下部材が空気に触れることなく回収することができる。すなわち、前記滴下部材は、コーティングカップ内および回収タンク内において、空気に触れることなく、所定の蒸気に包まれた状態であるため、乾燥した色素等の不純物を除去する必要がなく、直ちに再利用が可能になった。また、必要に応じて、前記回収タンクと滴下ノズルとをポンプ等によって接続することも可能である。

（第６発明）
第６発明のスピンコーターは、コーティングカップの内面にフッ素樹脂の膜が形成されているため、前記滴下部材が表面に付着しないので、不純物の除去が不要で、１００％の再利用が可能になった。

図１は本発明の実施例で、スピンコーターを説明するための概略断面図である。図１において、スピンコーター１１は、ディスク状部材１３を上部に載置した状態で回転する回転基盤１６と、前記ディスク状部材１３の上面に所望の滴下部材を滴下するノズル１２と、中央部に開口部を備え、余剰の滴下部材の散乱を防止する内壁面を有するほぼドウナツ状コーティングカップ１４と、前記ほぼドウナツ状コーティングカップ１４から前記余剰の滴下部材を回収するドレインパイプ１７と、前記ドレインパイプ１７に連結された回収タンク１８とから構成されている。

前記回転基盤１６は、上部にディスク状部材１３を載置した状態で、図示されていない、サーボモータおよび制御回路からなる回転制御装置により所望の回転速度で回転する。前記ノズル１２は、前記回転基盤１６の上部に配置され、前記ディスク状部材１３上に所望の滴下部材を滴下する。前記コーティングカップ１４の形状は、断面がほぼ玉子形をしたものを二つ並べたほぼドウナツ状であり、中央部に上部環状突起１４３と、前記上部環状突起１４３と上下に対向して配置された下部環状突起１４４を備えている。

前記コーティングカップ１４において、前記上部環状突起１４３と下部環状突起１４４の間には、ディスク状部材１３および回転基盤１６の端部が接近するように構成されている。前記上部環状突起１４３および下部環状突起１４４の間隔は、前記コーティングカップ１４内に空気を巻き込むことがなく、内部に滴下部材の蒸気を満たすことができ、前記コーティングカップ１４内における前記滴下部材の濃度を一定に保つことができる。

前記コーティングカップ１４は、環状の底部１４５が傾斜しており、前記ドレインパイプ１７が一番低い位置なっている。したがって、前記ドレインパイプ１７は、前記コーティングカップ１４の一方から前記滴下部材が流下して、空気に振れることなく、回収タンク１８に回収できる。

前記滴下部材は、前記ディスク状部材１３上に滴下された後の余剰のものがスピンアウトする。前記スピンアウトした前記滴下部材は、コーティングカップ１４の内壁面１４２に衝突した際にスピンアウト面１２１より上方に散乱することなく、内壁面１４２に沿って下方に流れ、前記コーティングカップ１４の底部１４５に溜まり、不純物を含むことなく回収が容易にできる。

本発明のスピンコーターは、ブロアーファン等により強制的に排気することなく、密閉状態で所定の蒸気を満たして乾燥しないようになっているため、回収した滴下部材をそのまま、ほぼ１００％再利用できるため、公害を出すおそれがなく、滴下部材の特別な回収装置が不要である。前記滴下部材は、ＤＶＤ等の各種記録媒体の記録膜、感光膜、フォトレジスト膜、絶縁膜、保護膜、色素膜等の形成、あるいは洗浄等に使用することができる。

前記コーティングカップ１４の内壁面１４２は、スピンアウト面１２１において、一番多くの前記滴下部材が衝突する。前記衝突面１４１は、前記ディスク状部材１３方向およびさらに上部方向に飛散しないような角度になっている。また、前記スピンアウト面１２１は、幾何学的なものではなく、ディスク状部材１３の回転速度および前記滴下部材の種類により多少幅を有するものである。

図２は本発明のコーティングカップの形状を説明するための一部拡大断面図である。図２において、前記衝突面１４１の角度は、スピンアウト面１２１と、コーティングカップ１４の内壁面１４２となる曲面からなる散乱面が前記スピンアウト面１２１の上部において、９０度より小さく、前記スピンアウト面１２１の下部において、９０度より大きくなっている。前記滴下部材は、前記スピンアウト面１２１より多少上に衝突した場合下方に飛散し、前記スピンアウト面１２１より下に衝突した場合内壁面１４２に沿って落下する。

図３は本発明のコーティングカップにおける上部環状突部とディスク状部材との間隔を説明するための一部拡大断面図である。図３において、前記ディスク状部材１３と前記コーティングカップ１４の上部に設けられた下方に向かっている上部環状突部１４３との隙間は、実験の結果、５ｍｍ以内、好ましくは３．６ｍｍであった。前記環状に形成されている隙間は、内部における滴下部材の蒸気と内部に入る空気圧とがほぼ等しくなるため、互いの出入りがなく、前記コーティングカップ１４の滴下部材が乾燥することなく同じ濃度を保つことができる。

図４は本発明のコーティングカップにおける回転基盤と下部環状突部との間隔を説明するための一部拡大断面図である。図４において、前記回転基盤１６と前記コーティングカップ１４の下部に設けられた上方に向かっている下部環状突部１４３との隙間は、実験の結果、２ｍｍ以内、好ましくは１．０ｍｍであった。前記環状に形成されている隙間は、できるだけ狭いことが望ましいが、前記コーティングカップ１４の滴下部材が乾燥することなく同じ濃度を保つことができる。前記上部環状突起および下部環状突起とによって構成される隙間は、前記コーティングカップ１４の内面にあり、ディスク状部材１３および回転基盤１６の端部が回転しながら入る程度になっている。

図５は本発明のコーティングカップにおけるドレインパイプの突き出し量を説明するための一部拡大断面図である。図５において、ドレインパイプ１７は、前記コーティングカップ１４の底部１４５より長さｄだけ突出させている。前記突き出し量ｄは、前記滴下部材の種類によって変えることができる。前記ドレインパイプ１７の突き出し量は、常に一定量の滴下部材を前記コーティングカップ１４の底部１４５に溜めた後に回収されるようになっている。前記コーティングカップ１４の底部１４５に溜められた滴下部材は、蒸発により内部の蒸気を一定量とすることにより回収され、滴下部材の濃度を同じに保つことができる。

前記スピンコーター１１は、コーティングカップ１４と回収タンク１８の間をドレインパイプ１７によって接続されているため、前記滴下部材が空気に触れることなく回収することができる。すなわち、前記滴下部材は、コーティングカップ１４内および回収タンク１８内において、空気に触れることなく、所定の蒸気に包まれた状態であるため、乾燥した色素等の不純物を除去する必要がなく、直ちに再利用が可能になった。また、必要に応じて、前記回収タンク１８とノズル１２とをポンプ等によって接続することも可能である。

前記スピンコーター１１は、コーティングカップ１４の内面にフッ素樹脂の膜を形成することができる。前記フッ素樹脂系の膜は、前記滴下部材が表面に付着しないため、不純物の除去が不要で、濃度調整を行うことなく、直ちに１００％の再利用が可能になった。

前記コーティングカップ１４は、たとえば、アルミニウムの塊を三次元旋盤によりくり抜いて作製される。また、前記コーティングカップ１４は、前記アルミニウムをくり抜いた金型に、金属部材または合成樹脂部材を鋳込むことにより作製される。

以上、本実施例を詳述したが、本発明は、前記本実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たとえば、滴下部材は、スピンコーターに使用する公知または周知のものを利用することができる。

本発明の実施例で、スピンコーターを説明するための概略断面図である。（実施例１） 本発明のコーティングカップの形状を説明するための一部拡大断面図である。 本発明のコーティングカップにおける上部環状突部とディスク状部材との間隔を説明するための一部拡大断面図である。 本発明のコーティングカップにおける回転基盤と下部環状突部との間隔を説明するための一部拡大断面図である。 本発明のコーティングカップにおけるドレインパイプの突き出し量を説明するための一部拡大断面図である。 従来のスピンコーターを説明するための概略斜視図である。 従来のスピンコーターを説明するための概略断面図である。

符号の説明

１１・・・スピンコーター
１２・・・ノズル
１２１・・・スピンアウト面
１３・・・ディスク状部材
１４・・・コーティングカップ
１４１・・・衝突面
１４２・・・内壁面
１４３・・・上部環状突部
１４４・・・下部環状突部
１４５・・・底部
１５・・・回転軸
１６・・・回転基盤
１７・・・ドレインパイプ
１８・・・回収タンク

Claims (6)

1. ディスク状部材を載置して回転制御装置により回転させる回転基盤と、
   前記回転基盤の上部に所望の滴下部材を供給するノズルと、
   前記ディスク状部材の上部からスピンアウトした前記滴下部材を散乱させることなく、内壁面に沿って下方に流して回収できる面を有するほぼドウナツ状で、前記滴下部材のスピンアウト面と、前記ドウナツ状の内壁面からなる散乱面との角度が前記スピンアウト面の上部において、９０度より小さく、かつ、前記滴下部材のスピンアウト面と、前記ドウナツ状の内壁面からなる散乱面との角度が前記スピンアウト面の下部において、９０度より大きく、さらに、前記ディスク状部材および前記回転基盤を内部に備えることができるコーティングカップと、
   前記コーティングカップのほぼ中心部で、前記ディスク状部材の上下に所定の隙間が設けられた環状突部と、
   前記コーティングカップの一方から前記滴下部材を回収するドレインパイプと、
   前記ドレインパイプに連結された回収タンクと、
   から少なくとも構成されていることを特徴とするスピンコーター。
2. 前記ディスク状部材と前記コーティングカップの上部に設けられた環状突部との隙間は、５ｍｍ以内、好ましくは３．６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載されたスピンコーター。
3. 前記回転基盤の底部と前記コーティングカップの下部に設けられた環状突部との隙間は、２ｍｍ以内、好ましくは１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載されたスピンコーター。
4. 前記コーティングカップの底部は、前記ドレインパイプに向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載されたスピンコーター。
5. 前記ドレインパイプは、前記コーティングカップの底部より僅かに突出して設けられていることを特徴とする請求項１に記載されたスピンコーター。
6. 前記コーティングカップの内面には、フッ素樹脂系の膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５に記載されたスピンコーター。

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