JPH09192574A

JPH09192574A - 薄膜形成装置及び薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH09192574A
Application number: JP975896A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogura; 洋小倉; Ushio Sagawa; 潮寒川; Masayoshi Miura; 眞芳三浦; Toshiyuki Iwazawa; 利幸岩澤; Hiroyuki Naka; 裕之中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜形成装置及び同形成方法に関し、塗布液
の使用効率の悪さと膜厚の不均一さ改善しながら、所望
の膜厚を的確に得ることを目的とする。【解決手段】気体による圧力を利用して被塗布基板に
塗布液を吐出する吐出口を有するインクジェットヘッド
１２を用い、薄膜を形成する薄膜形成装置であって、更
に、インクジェットヘッドの吐出口の塗布液側近傍の第
１の圧力を調整する第１の調整手段Ｂ部と、インクジェ
ットヘッドの吐出口の外方側近傍の第２の圧力を調整す
る第２の調整手段Ａ部と、これらを制御することによっ
て吐出口からの塗布液の吐出を制御する制御手段４０
と、を有する薄膜形成装置、またはそれを用いた薄膜形
成方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成装置及び薄膜
形成方法に関し、特に、液状物質を微小ノズルより吐出
して基板に付着させ、付着した液状物質を乾燥、硬化さ
せて薄膜（広義には１００μｍ以下一般には１０μｍ以
下の膜厚）を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄膜技術は種々の分野で応用され
ており、その形成方法もスッパタや蒸着のように真空装
置を用いる方法以外に、高価な真空装置を用いないスピ
ン塗布、印刷、ダイコートなどの方法によっても形成さ
れてきている。

【０００３】特に、スピン塗布は、半導体製造工程に於
いてレジスト膜の形成やＳＯＧなどの層間絶縁膜の形成
等に利用されているだけでなく、光ディスクの製造工程
においても保護膜の形成等にも広く利用されている。

【０００４】以下、従来のスピン塗布装置（スピンコー
タ）について説明する。図７は、従来の一般的なスピン
コータを用いて薄膜を形成する過程を示す図である。

【０００５】図７において、１００はスピンコータ本体
の回転軸、２００は試料固定基板である。

【０００６】また、３００は塗布用の液体を吐出するノ
ズルであり、４００は薄膜形成用の基板である。

【０００７】まず、図７（ａ）は、ノズル３００から基
板４００に液体５００を吐出させた状態を示し、つい
で、図７（ｂ）は、スピンコータを低速回転ω１（例え
ば６０ｒｐｍ）で回転させ、液体５００を基板４００に
なじませる工程を示し、更に、図７（ｃ）は高速回転ω
２（例えば４５００ｒｐｍ）で基板４００を回転させる
ことにより余分な液体を飛散液７００として基板４００
上から除去し、所望の膜厚の薄膜６００を形成する工程
を示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スピン塗布に
おいては、ノズル３００より供給する液体５００のう
ち、実際に基板４００上に薄膜６００として形成される
のは、一般に供給された液体の２０％以下であり供給さ
れた液体のほとんどが飛散液７００となり、基板４００
より除去され捨てられることとなる。

【０００９】これは、液体５００を充分な量としない
と、液体５００と基板４００の充分ななじみを得られ
ず、仮に液体５００の量を減らした場合には、液体５０
０と基板４００のなじみの悪い部分に塗り残しを発生さ
せてしまうことになるためである。

【００１０】例えば、外径１２０ｍｍの光ディスクに膜
厚３μｍの保護膜を形成する場合、紫外線硬化樹脂溶液
をノズル３００より約２ｇ（図７の液体５００に相当）
を基板４００に対し供給する必要があるが、３μｍ膜厚
の薄膜（図７の薄膜６００に相当）に必要な量は約４０
ｍｇであり、残りの約１．９６ｇ（供給量の約９８％）
は飛散液７００として捨てられてしまう。

【００１１】ここで塗布液の利用効率を、（供給された
塗布液−飛散液）／（供給された塗布液）と定義する
と、スピンコータの塗布液の利用効率は約２％に過ぎな
い。

【００１２】このように、従来のスピンコータで薄膜を
形成する場合は、液体の利用効率が非常に悪く、結果的
に製品の生産コストを上昇させる課題を有していた。

【００１３】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
もので、液体の吐出ヘッドとしてインクジェットヘッド
を用いることにより、塗布液の利用効率の高い薄膜形成
装置を提供することを目的としている。

【００１４】更に、本発明の目的は、薄膜形成時におい
て、インクジェットヘッドから吐出される液体の安定し
た吐出を確保することにより、信頼性の高い薄膜形成装
置を提供するものである。

【００１５】更に、このような薄膜形成装置を用いて、
簡便な薄膜形成方法を実現することをも目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、気体による圧力を利用して被塗布基板に
前記塗布液を吐出する吐出口を有するインクジェットヘ
ッドを用い、被塗布基板を回転させ、かつインクジェッ
トヘッドと被塗布基板とを相対移動させながら、インク
ジェットヘッドより塗布液を吐出して被塗布基板上に薄
膜を形成する薄膜形成装置であって、更に、インクジェ
ットヘッドの吐出口の塗布液側近傍の第１の圧力を調整
する第１の調整手段と、インクジェットヘッドの吐出口
の外方側近傍の第２の圧力を調整する第２の調整手段
と、これらを制御することによって吐出口からの塗布液
の吐出を制御する制御手段と、を有する薄膜形成装置で
ある。

【００１７】このような構成により、インクジェットヘ
ッドから吐出される塗布液の安定した吐出を確保するこ
とにより、信頼性の高い薄膜形成装置が提供される。

【００１８】そして、更に、本発明は、このような薄膜
形成装置を用い、塗布工程における塗布液の吐出量を被
塗布基板の外周部に向けて増加させる薄膜形成方法であ
る。

【００１９】このような構成により、工程が簡略化され
た薄膜形成方法が提供される。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
気体供給源と、塗布液を貯蔵するタンクと、被塗布基板
と、前記気体供給源からの気体による圧力を利用して前
記被塗布基板に前記塗布液を吐出する吐出口を有するイ
ンクジェットヘッドと、前記被塗布基板を回転させる回
転手段と、前記インクジェットヘッドと前記被塗布基板
とを前記非塗布基板の中心部と外周部との間で相対移動
させる相対移動手段とを備え、前記被塗布基板を前記回
転手段で回転させ、かつ前記インクジェットヘッドを前
記相対移動手段により相対移動させながら、前記インク
ジェットヘッドより前記塗布液を吐出して前記被塗布基
板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、更に、前
記インクジェットヘッドの吐出口の塗布液側近傍の第１
の圧力を調整する第１の調整手段と、前記インクジェッ
トヘッドの吐出口の外方側近傍の第２の圧力を調整する
第２の調整手段と、前記第１の圧力と前記第２の圧力の
一方の圧力を基準圧力として維持し、他方の圧力と前記
基準圧力とを比較して前記他方の圧力を所定の圧力に維
持するように前記第１の調整手段と前記第２の調整手段
とを制御することによって前記吐出口からの塗布液の吐
出を制御する制御手段とを有する薄膜形成装置であり、
インクジェットヘッドに印加される圧力の緻密な制御が
なされ、吐出される塗布液の安定した吐出が確保され
る。

【００２１】具体的には、請求項２記載のように、第１
の調整手段は、第１の圧力を検知する第１の検知手段を
有し、第２の調整手段は、第２の圧力を検知する第２の
検知手段を有し、制御手段は、基準圧力とした圧力側の
検知手段からの情報に基づき対応した調整手段をフィー
ドバック制御し、更に前記第１の圧力と前記第２の圧力
とを比較する比較手段を有し、前記比較手段で比較した
結果に基づき基準圧力としなかった圧力側の調整手段を
所定の圧力になるようにフィードバック制御する構成が
好適である。

【００２２】また、請求項３記載のように、更に、気体
供給源とインクジェットヘッドとの連絡を断続する断続
手段と、前記断続手段によって前記気体供給源と前記イ
ンクジェットヘッドとの連絡が切断された場合に、吐出
口からの塗布液の流出を防止する流出防止手段を有する
構成であってもよく、装置の停止時に、装置自体が破壊
されることはない。

【００２３】具体的には、請求項４に記載のように、流
出防止手段は、タンクの塗布液に印加された圧力を開放
するバルブであることが好適である。

【００２４】また、請求項５記載のように、更に、吐出
状態を確認するために、液体の吐出させる吐出状態確認
手段を有していてもよい。

【００２５】また、請求項６記載のように、更に、吐出
量を確認するために、規定した時間のみ液体を吐出させ
る吐出量確認手段を有してもよい。

【００２６】ここで、請求項７や８記載のように、塗布
液が、紫外線硬化樹脂溶液であり、被塗布基板が光ディ
スク用基板であり、インクジェットヘッドが複数の微細
ノズルを有するものでよい。

【００２７】そして、請求項９記載のように、以上の薄
膜形成装置を用い、被塗布基板とインクジェットヘッド
とを相対的に第１の回転速度で回転しながら、前記被塗
布基板と前記インクジェットヘッドとを前記被塗布基板
の中心側と外周側との間で直線的に相対移動させる工程
と、前記工程に時間的に重複して塗布液を塗布する塗布
工程と、前記塗布工程終了後前記被塗布基板を第１の回
転速度より大きな第２の回転速度で回転させるレベリン
グ工程とを有する薄膜形成方法であり、均一な薄膜が効
率よく形成される。

【００２８】または、請求項１０記載のように、以上の
薄膜形成装置を用い、被塗布基板とインクジェットヘッ
ドとを相対的に第１の回転速度で回転しながら、前記被
塗布基板と前記インクジェットヘッドとを前記被塗布基
板の中心側と外周側との間で直線的に相対移動させる工
程と、前記工程に時間的に重複して塗布液を塗布する塗
布工程とを有し、前記塗布工程における塗布液の吐出量
は前記被塗布基板の外周部に向けて増加する薄膜形成方
法であり、レベリング工程を廃しても均一な薄膜が形成
される。

【００２９】具体的には、請求項１１記載のように、被
塗布基板とインクジェットヘッドとは等速度で直線的に
相対移動され、塗布工程における塗布液の吐出量は前記
被塗布基板の外周部に向けて１次関数的に増加すること
が好適である。

【００３０】以下、具体的な本発明の実施の形態につ
き、図面を参照しながら説明をする。（実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１におけ
る薄膜形成装置の概略構成図である。

【００３１】図１において、１０ａはθステージ、１０
ｂはＸステージであり、被塗布基板１１に回転運動と並
進運動を各々独立に与えることができる。

【００３２】次に、１２は空圧制御型のインクジェット
ヘッドである。ここで、Ｘステージ１０ｂ側を固定し、
相対的にインクジェットヘッド１２を掃引することによ
っても同様の動作を実現できるが、インクジェットヘッ
ド１２への気体や塗布液の配管や、次工程への搬送など
を考慮すると、Ｘステージ側を移動する構成の方が便利
である。

【００３３】また、１３はインクジェットヘッド１２に
連絡された塗布液タンク、１４はインクジェットヘッド
１２から塗布液の吐出の制御をするための気体の圧力制
御系で、インクジェットヘッド１２から所望の吐出量が
得られるように気体圧力、気体の流量を制御する。

【００３４】そして、１５は集中制御系であり、θステ
ージ１０ａとＸステージ１０ｂの運動の制御、塗布液吐
出のオン・オフのタイミング管理を行う。更に、この集
中制御系１５は、１６の環境制御系ａ、１７の環境制御
系ｂ、１８の環境制御系ｃ及び圧力制御系１４と協働し
て、薄膜形成装置の周囲の環境変動による影響を排除す
るようにも動作をする。

【００３５】次に、図２は、図１のインクジェットヘッ
ド１１のノズル部の部分拡大図を示す。

【００３６】図２において、１９は複数個存在するノズ
ルの１つである液体吐出口、２０は液体吐出口１９に対
応し同軸上に配された複数個存在するノズルの１つであ
る気体吐出口、２１は、図１の塗布液タンク１３よりイ
ンクジェットヘッド１２に供給されている塗布液、２２
は、図１の圧力制御系１４より供給された空気等の気体
の流れ（気流）を示している。

【００３７】液体吐出口１９と同軸上に配された気体吐
出口２０は、気体吐出口２０からは一定流速の気流２２
が流出しているから、気流２２の流出に伴い、液体吐出
口１９の近傍には圧力Ｐａが生じる。

【００３８】一方、図１の塗布液タンク１３には、圧力
制御系１４より気体圧力が印加されているため、液体吐
出口１９の塗布液２１には、圧力Ｐｉが生じる。

【００３９】図２（ａ）は、ＰａとＰｉがほぼ等しく、
液吐出口１９に保持された状態を示している。

【００４０】一方、図２（ｂ）は、図１の圧力制御系１
４の圧力制御により、気流２２が減少し、液吐出口１９
に生じる圧力が、Ｐｉに対応したＰａより小さいＰｂと
なり、圧力差（Ｐｉ−Ｐｂ）によって塗布液が吐出する
状態を示している。

【００４１】さて、本実施形態のインクジェットヘッド
１２は、このような空圧制御型であるため、塗布液の吐
出量は、主に、以下のパラメータに依存する。（１）塗布液の粘度、表面張力；（２）インクジェットヘッドに供給される空気流量；及
び（３）インクジェットヘッドのノズル面の高さを基準に
したときの塗布液タンクの液面高さである。

【００４２】そこで、（１）から（３）のパラメータが
周囲環境の変動に影響されるのを防ぐ目的で、集中制御
系１５は、環境制御系１６と１８を介して、（１）の塗
布液の粘度と表面張力を制御すべくインクジェットヘッ
ド１２近辺での温度管理を行い、圧力制御系１４を介し
て（２）の空圧制御と流量制御を行い、環境制御系１７
を介して（３）の液面の高さ管理を行っている。

【００４３】また、塗布液の物性値は、ロット依存性が
なく、経時変化が生ぜずに、常に一定であることが望ま
しいが、実際には必ず多少のばらつきがある。

【００４４】この対策としては、塗布液の物性値をロッ
ト毎あるいは日常的にモニタリングして調整したり、所
定の範囲の物性値を持つ塗布液をあらかじめ選別して使
用すればよいが、製造コストの上昇を招いてしまう。

【００４５】一方、本実施の形態のように、環境制御系
を設ければ、このような塗布液の物性値のばらつきを効
果的に吸収され、無用なコスト上昇を招かない。

【００４６】さらに、異なった液種の塗布をする場合に
は、液種によって異なる物性値を環境制御系を操作する
ことにより変化させ、大幅な工程の変更を伴わずに所望
の薄膜を得られるようにすることも可能になる。

【００４７】これは、他の製品ラインへ装置転用できる
ことをも示唆しており、設備投資の削減や装置稼働率の
向上という大きな利益を得ることも可能であることを意
味している。

【００４８】以下、本実施の形態の更なる特徴的構成で
ある圧力調整機構について説明をする。

【００４９】図３は、図１に示される圧力制御系１４の
詳細構成を説明する図で、図１と共通の構成要素には、
同じ符号が付してある。

【００５０】図３において、２４は圧力供給源で、ドラ
イエアー、Ｎ₂等の不活性ガス、あるいは不図示の加圧
ポンプより供給される空気等、の気体を大気圧以上の圧
力で供給する。

【００５１】ついで、２５は供給された気体に含まれる
ダストを取り除くフィルター、２６は通過する気体の圧
力を調整するレギュレータａ、２７は気体中に含まれる
オイルミスト等を取り除くミストトラップ、２８はバル
ブａ、３５はバルブｂを示し、各々電気信号（あるいは
手動）により開閉を行うもので、バルブ２８は通常は開
状態、バルブ３５は通常は閉状態とされる。

【００５２】また、２９は圧力調整弁であるレギュレー
タｂを示し、３０はバッファーである。このバッファー
３０は、供給される気体の微小な圧力変動を取り除く。

【００５３】また、３１はピエゾバルブａ、３３はピエ
ゾバルブｂであり、各々開閉自在である。

【００５４】また、３２は圧力トランスミッタａ、３４
は圧力トランスミッタｂであり、各々気体の圧力を測定
して電気信号として出力する圧力センサーである。この
圧力トランスミッタは、圧力変動に敏感であるため、レ
ギュレータ２９により圧力トランスミッタに過度の圧力
負荷がかからないようされている。

【００５５】なお、本実施の形態においては、応答性を
考慮して、ピエゾバルブ３１とピエゾバルブ３３には、
バルブ開閉の応答を圧電素子により制御する構成とし、
圧力トランスミッタ３２及び圧力トランスミッタ３４
は、半導体歪みゲージ型のセンサーを用いている。

【００５６】また、４０は集中制御系２７より指令を受
け、各構成要素を制御するコントローラ、４１は気体供
給用配管、４２は電気配線、４３は塗布液をインクジェ
ットに供給する配管である。

【００５７】ここで、集中制御系１５は、Ｘステージ１
０ｂの位置情報を監視し、被塗布基板１１とインクジェ
ットヘッド１２との相対位置関係を把握しており、集中
制御系１５は、どの相対位置において、インクジェット
ヘッド１２より溶液を吐出開始させ、どの相対位置に置
いて溶液の吐出を終了させるかの指令を出す。

【００５８】さて、本実施の形態におけるインクジェッ
トヘッドは、空圧制御型であるので、図２における液体
吐出口１９の塗布液２１側と気体吐出口側２０とで圧力
差を設けて塗布液の吐出動作を行なうことになるが、具
体的には、図３中のＡ部（ピエゾバルブ３１と圧力トラ
ンスミッタ３２とから構成される）の圧力とＢ部（ピエ
ゾバルブ３３と圧力トランスミッタ３４とから構成され
る）の圧力の双方を制御することになる。

【００５９】つまり、インクジェットヘッド１２より塗
布液を吐出させようとしたときには、（Ａ部の圧力）＜
（Ｂ部の圧力）の条件で、Ａ部とＢ部に圧力差を生じさ
せればよい。

【００６０】このとき、Ｂ部の圧力が大きいほど、ま
た、Ａ部とＢ部との圧力差が大きいほど、インクジェッ
トより吐出する単位時間当たりの溶液の量は増える。

【００６１】よって、実際にインクジェットヘッドより
溶液を吐出させるためには、Ａ部の圧力と、Ａ部とＢ部
の圧力差の２つの値を指定しなければならないが、この
２つの値は吐出させる塗布液の種類によって異なるか
ら、任意に設定できること必要であるし、量産工程にお
いては信頼性の高いものでなくてはならないこともむろ
んである。

【００６２】本実施の形態における圧力調整機構は、こ
のような要請を充すものであるが、以下更に詳細に説明
をする。

【００６３】まず、コントローラ４０は、予めＡ部で実
現すべき圧力Ｐ１が入力されており、この圧力に応じ、
電気信号をピエゾバルブ３１に入力する。一方で、圧力
トランスミッタ３２からは、リアルタイムで検知された
圧力値が、電気信号としてコントローラ４０に送られ
る。

【００６４】そして、コントローラ４０とピエゾバルブ
３１の間には、フィードバック回路が組まれており、コ
ントローラ４０に任意の圧力Ｐ１を設定されているの
で、圧力トランスミッタ３２で計測される圧力がＰ１よ
りも高い場合には、ピエゾバルブ３１の開閉度合いを絞
ることにより、逆に圧力トランスミッタ３２で計測され
る圧力がＰ１よりも低い場合には、ピエゾバルブ３１の
開閉度合いを開くことにより、Ａ部の圧力をＰ１に維持
することが可能となる。

【００６５】従って、以上の構成により、Ａ部の圧力は
常に所望の値に保たれ、的確で信頼性の高い圧力制御が
可能となる。

【００６６】次に、Ｂ部もＡ部と同様な構成を有し、ピ
エゾバルブ３３、圧力トランスミッター３４で構成され
るが、Ｂ部はインクジェットヘッド１２より塗布液を吐
出しかつ停止すべく、Ａ部が一定圧力値に維持された状
況下で、インクジェットヘッド１２より塗布液を吐出さ
せない場合に、Ａ部の圧力とＢ部の圧力を等しくする状
態、及びインクジェットヘッド１２より塗布液を吐出さ
せるため、Ａ部の圧力に対しＢ部の圧力が任意の圧力差
だけ大きく保たれている状態を実現する必要がある。

【００６７】このため、コントローラ４０は、Ａ部の圧
力値の情報をＢ部の圧力値の情報とを比較する演算回路
を搭載している。

【００６８】まず、インクジェットヘッド１２より塗布
液を吐出させない非吐出状態が必要な場合には、Ａ部の
圧力値に対しＢ部の圧力値が同じな値となるようにＡ部
及びＢ部をフィードバック制御する。

【００６９】つまり、この場合には、Ａ部の圧力値は予
め入力された設定値Ｐ１にフィードバック制御され、か
つＢ部の圧力値はコントローラ４０を通じてＡ部の圧力
Ｐ１と同じになるようにフィードバック制御され、（Ａ
部の圧力）＝（Ｂ部の圧力）＝Ｐ１となる。

【００７０】次に、被塗布基板１１が吐出開始位置に至
り、インクジェットヘッド１２より塗布液を吐出する吐
出状態が必要な場合には、集中制御系１５が吐出開始の
指令をコントローラ４０に与える。

【００７１】一方で、コントローラ４０には、予め、
（Ｂ部の圧力−Ａ部の圧力）＝設定値Ｐ２が入力されて
いる。

【００７２】そこで、コントローラ４０は、インクジェ
ットヘッド１２より溶液を吐出するために、Ａ部の圧力
をＰ１にフィードバック制御によって維持しながら、
（Ｂ部の圧力−Ａ部の圧力）＝Ｐ２となるようにＢ部の
圧力をフィードバック制御することによって、インクジ
ェットヘッドより塗布液を吐出させる。

【００７３】そして、集中制御系２７より吐出終了の指
令をコントローラ４０が受けたとき、再び、（Ａ部の圧
力）＝（Ｂ部の圧力）＝Ｐ１になるよう、Ａ部及びＢ部
の圧力は制御される。

【００７４】以上の構成により、きわめて的確で信頼性
の高い塗布液の吐出動作を可能とする。

【００７５】さて、次に、図４を用いて、本実施の形態
における、薄膜形成を行うための具体的方法を、θステ
ージ１０ａ、Ｘステージ１０ｂの動作と、吐出のオン・
オフのタイミングを用いてより詳細に説明をする。

【００７６】図４の横軸は時間と被塗布基板の相対位
置、縦軸はθステージの回転数とＸステージの移動速度
に対応し、実線がＸステージの移動速度の時間変化、点
線がθステージの回転数の時間変化、太い実線の延びて
いる時間帯は吐出状態が継続していることを各々示す。

【００７７】本実施形態における薄膜形成は、２つの工
程からなり、第１の工程は基板に対して全面に塗布液を
形成する塗布工程であり、それに続く第２の工程は塗布
した液をディスクに対し均一にならしめるレベリング工
程である。

【００７８】具体的には、まず、塗布工程とレベリング
工程とに渡り、被塗布基板１１を載置したＸステージ１
０ｂを、一定速度ｖで、インクジェットヘッド１２と相
対的移動させておく。

【００７９】そして、吐出開始時間Ｔ０、吐出開始位置
ｒ０に至る前に、θステージ１０ａを回転速度θ１に到
達させ、そのまま吐出開始時間Ｔ１、吐出開始位置ｒ１
まで維持しておく。

【００８０】ついで、吐出開始時間Ｔ０に吐出開始位置
ｒ０で塗布液の吐出を開始し、吐出終了時間Ｔ１に吐出
終了位置ｒ１で塗布液の吐出を終了して、塗布工程を終
了する。

【００８１】この塗布工程終了後、レベリング工程に移
行し、θステージ１０ａの回転速度をθ１より大きいθ
２に上昇させ、所定期間θ２の回転速度を維持し、その
後回転速度を０にし、かつＸステージ１０ｂの移動も停
止させ、レベリング工程を終了する。

【００８２】以上の構成に従って、本実施の形態の薄膜
を、粘度約２０ｃｐの紫外線硬化樹脂溶液を用いて、３
μｍの厚さの光ディスク用の保護コート膜として形成し
た。

【００８３】具体的な被塗布部材は、光ディスク製造用
の外径１２０ｍｍ、内径１５ｍｍのドーナツ型のポリカ
ーボネイト基板であり、このポリカーボネイト基板上に
は、記録膜等の数種の多層薄膜が形成され、最表面には
金属蒸着膜が露出しているものを用いた。

【００８４】また、使用したインクジェットヘッドは４
８ノズルタイプであり、インクジェットヘッドから吐出
される紫外線硬化樹脂の吐出量は、上記で説明をした圧
力制御系により約８００ｍｇ／ｍｉｎに調整し、図４に
示されている各パラメータの具体的数値を以下の（表
１）に示す。

【００８５】

【表１】

【００８６】そして、薄膜形成の後、紫外線硬化樹脂に
対して紫外線を照射することにより樹脂を硬化させ、膜
厚の測定を行ったところ、膜厚３μｍの良好な保護コー
ト膜が形成できた。

【００８７】本実施の形態による基板１枚あたりの紫外
線硬化樹脂の使用は、約７０ｍｇであり（第１の工
程）、この内飛散液として除去したのは（第２の工
程）、約３０ｍｇであって、塗布液の利用効率は約７０
％であった。

【００８８】この値は、一般のスピンコータの液の利用
効率約２％と比較して極めて大きな値である。

【００８９】以上より、本実施の形態においては、所望
の膜厚を的確に得ながら、塗布液の利用効率の高い薄膜
形成装置が実現でき、結果として製品の生産コストを下
げることが可能となる。

【００９０】なお、本実施の形態では、Ａ部の圧力を設
定した値に常に一定に維持しこれに対してＢ部の圧力を
調整したが、もちろんＢ部の圧力を設定値に保ってＡ部
の圧力を調整してもよい。

【００９１】また、バッファー３０を設けたが、Ａ部の
構成が微小な圧力変動を吸収することによって、圧力変
動が実質上無視できるのであれば、バッファー３０を設
けなくともよい。

【００９２】また、Ａ部の圧力調整の機構としてピエゾ
バルブ３１を配したが、例えばニードルバルブやダイヤ
フラムバルブ等を用いてもよい。但し、その場合はバッ
ファー３０を配置することが望ましい。

【００９３】また、Ａ部やＢ部の圧力調整機構をピエゾ
バルブと圧力トランスミッタで構成したが、一般に市販
されているオートプレッシャーレギュレータや、電空レ
ギュレータ等を用いてもよい。

【００９４】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２について説明をする。

【００９５】本実施の形態は、図３のバルブ２８、バル
ブ３５を用いて、装置の停止時に発生する圧力低下を起
因とするトラブルを未然に防ぐ構成に関する。

【００９６】空圧制御型のインクジェットヘッド１２を
用いた薄膜形成装置を停止させる場合、気体供給源２４
からの気体の供給を停止し、バルブ２８を閉じることに
よりＡ部及びＢ部に対する気体の供給を停止する。

【００９７】このように気体供給源２４からの気体の供
給を停止すると、Ａ部の圧力はインクジェットヘッド１
２の気体吐出口２０より気体が流失するため、短時間で
大気圧状態となる。

【００９８】一方で、Ｂ部側では、塗布液タンク３７内
に蓄えられた気体の圧力が残っているため、溶液タンク
３７内の溶液圧力が、インクジェットヘッド１２の気体
吐出口２０の圧力よりも高くなり、インクジェットヘッ
ド１２内で好ましくない圧力変動が生じ、塗布液タンク
３７内の塗布液をインクジェットヘッド１２の気体吐出
口２０のみならず、インクジェットヘッド１２と圧力ト
ランスミッタ３２間の気体供給用配管や、圧力トランス
ミッタ３２以前に逆流させてしまい、装置自体を破壊し
てしまう恐れがある。

【００９９】そこで、本実施の形態では、気体供給源２
４からの気体の供給を停止し、バルブ２８を閉じＡ部及
びＢ部に対する気体の供給を停止する際に、バルブ３５
を開けることにより、塗布液タンク３７内にそれまでの
気体供給によって生じていた圧力を、速やかに大気圧状
態に戻す。

【０１００】よって、本実施の形態では、溶液タンク３
７内の溶液圧力が、インクジェットヘッド１２の気体吐
出口２０の圧力よりも高くならないから、インクジェッ
トヘッド１２内での圧力変動は生ぜず、装置自体を破壊
してしまうことはない。

【０１０１】以上より、本実施の形態では、圧力調整系
に供給する気体を遮断するバルブと溶液タンク内の圧力
を開放するバルブを設けることにより、停止時に塗布液
の逆流が防止され、信頼性の高い薄膜形成装置が実現さ
れる。

【０１０２】（実施の形態３）次に、本発明の実施の形
態３について説明をする。

【０１０３】本実施の形態では、インクジェットヘッド
から塗布液が吐出することを確認する構成と、インクジ
ェットヘッドから吐出される溶液の単位時間当たりの吐
出量を計測するための構成について説明する。

【０１０４】本実施の形態におけるコントローラ４０に
は、不図示の手動の塗布液吐出確認指示部、例えば吐出
確認ボタンが設置されている。

【０１０５】そして、塗布液が吐出されるか否かの確認
が必要な場合に、このボタンを押すことにより、集中制
御系１５からの指令とは無関係に、ボタンを押している
期間、（Ｂ部の圧力−Ａ部の圧力）＝Ｐ２に維持する構
成となっている。

【０１０６】よって、例えば薄膜形成作業の開始時に、
吐出確認ボタンを押すことにより、インクジェットヘッ
ド１２からの吐出状態の確認ができる。

【０１０７】更に、本実施の形態におけるコントローラ
４０には、不図示の手動の塗布液吐出量確認指示部、例
えば吐出量確認ボタンが設置されており、このボタン
は、不図示のタイマーに接続されている。

【０１０８】そして、塗布液が吐出されるか否かの確認
だけでなく、その量の確認が必要な場合に、このボタン
を押すことにより、集中制御系１５からの指令とは無関
係に、タイマーにより規定される時間、好適には単位時
間、（Ｂ部の圧力−Ａ部の圧力）＝Ｐ２に維持する構成
となっている。

【０１０９】よって、例えば薄膜形成作業の開始時に、
吐出量確認ボタンを押し、吐出された塗布液を回収し、
重さを量ることにより、インクジェットヘッド１２から
の吐出量を含めた吐出状態の確認ができる。

【０１１０】例えば、単位時間を１分間としたとき、そ
の時間にインクジェットヘッドから吐出された溶液が８
００ｍｇだとすると、溶液の吐出量は８００ｍｇ／ｍｉ
ｎとなる。

【０１１１】以上の構成により、インクジェットヘッド
から塗布液が吐出すること自体の確認と、インクジェッ
トヘッドから吐出される塗布液の吐出量の確認が、容易
に行うことができ、正確な膜形成動作を確実に行えるこ
とが簡便に確認できる薄膜形成装置を実現した。（実施の形態４）次に、本発明の実施の形態４について
説明をする。

【０１１２】本実施の形態は、以上の実施の形態で説明
をした圧力調整系を用いて、第１の実施の形態における
薄膜形成方法とは異なった、図４の第２の行程（レベリ
ング行程）を用いない、均一な薄膜を形成するための薄
膜形成方法に関する。

【０１１３】光ディスク等の被塗布基板１１はディスク
状であるため、被塗布基板１１を回転させながら塗布液
を塗布すると、その外周部に向かって、塗布面積が大き
くなる。

【０１１４】よって、均一性のよい膜形成を行うために
は、被塗布基板１１の外周部にいくに従い、塗布液の吐
出量を多くしていけばよいことが理解でき、本実施の形
態では、被塗布基板１１の外周部にいくに従い塗布液の
吐出量を変化させ、形成する膜厚の均一性を確保する。

【０１１５】具体的には、被塗布基板１１とインクジェ
ットヘッド１２との相対速度ｖを一定（ｖ：定速である
ので定数）、θステージ１０ａの回転速度も一定とした
とき、吐出量を位置によって変化させて被塗布基板１１
に均一な膜厚を形成することを考える。

【０１１６】被塗布基板１１の半径方向により変化する
インクジェットヘッド１２から吐出される塗布溶液の吐
出量をｑ（ｒ）としたとき、図５に示された任意のＳな
る領域の溶液供給量は（数１）のようになる。

【０１１７】

【数１】

【０１１８】また、領域Ｓの膜厚分布をｔ（ｒ）とする
と、ｔ（ｒ）からも領域Ｓの溶液供給量を求めることが
でき、（数２）のようになる。

【０１１９】

【数２】

【０１２０】（数１）＝（数２）であることから、（数
３）が導かれる。

【０１２１】

【数３】

【０１２２】また、膜厚が均一であるための条件は、
（数４）つまり（数５）であるため、ｑ（ｒ）は、（数
６）として表すことができる。

【０１２３】

【数４】

【０１２４】

【数５】

【０１２５】

【数６】

【０１２６】ここで、被塗布基板１１全体に対する塗布
液供給量をＭとし、被塗布基板１１に対する塗布液の吐
出開始位置をｒ０、吐出終了位置をｒ１、インクジェッ
トヘッドの相対位置がｒ０からｒ１に変化するために要
した時間をＴとしたとき、Ｍは（数７）として与えられ
る。

【０１２７】

【数７】

【０１２８】（数７）より、Ａは（数８）で示され、Ａ
は定数として決定するから、（数６）を満足するように
圧力制御系１４を用いて、インクジェットヘッド１２に
おける圧力の調整を行って、塗布液の吐出量を半径方向
で外周部に行くに従い比例増加させることにより、レベ
リング工程を用いなくとも被塗布基板に均一の薄膜を形
成することが可能となる。

【０１２９】

【数８】

【０１３０】なお、本実施例においては、インクジェッ
トヘッド１２より吐出する塗布液量を、被塗布基板１１
の外周方向に向かい比例して増加する１次関数として与
えたが、被塗布基板１１とインクジェットヘッド１２の
相対速度等との兼ね合いによっては、必ずしも１次関数
として限定されるものではなく、例えば図６に示すよう
に、基板の外周にいくに従って溶液吐出量が増加するも
のであれば、例えばＢやＣのような関数であってもよ
い。

【０１３１】また、本実施形態では、インクジェットヘ
ッド１２を被塗布基板１１の外側に相対移動した場合に
ついて述べたが、インクジェットヘッド１２が内側に相
対移動する場合も同様であることはむろんである。

【０１３２】

【発明の効果】本発明によれば、空圧制御型のインクジ
ェットヘッドを用いて、液体吐出口のインク側と空気流
通過側の圧力制御を圧力調整系で緻密に行なうことによ
り、所望の膜厚を的確に得ながら、塗布液の利用効率の
高い薄膜形成装置が実現でき、結果として製品の生産コ
ストを下げることが可能となる。

【０１３３】そして、圧力調整系に供給する気体を遮断
するバルブと溶液タンク内の圧力を開放するバルブを設
けることにより、停止時に塗布液の逆流が防止され、信
頼性の高い薄膜形成装置が実現できる。

【０１３４】そして、集中制御系から無関係に塗布液の
吐出状態を採り得る構成とし、インクジェットヘッドか
ら塗布液が吐出すること自体の確認と、インクジェット
ヘッドから吐出される塗布液の吐出量の確認とが容易に
でき、正確な膜形成動作を確実に行い得ることが簡便に
確認できる薄膜形成装置を実現した。

【０１３５】更に、緻密な圧力制御が可能な圧力制御系
を有する薄膜形成装置を用いて、塗布液の吐出量を半径
方向で外周部に行くに従い比例増加させることにより、
レベリング工程を用いなくとも被塗布基板に均一の薄膜
を形成することが可能となる薄膜形成装置を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における膜形成装置の構
成図

【図２】同薄膜形成装置のインクジェットヘッドのノズ
ル部の断面図

【図３】同膜形成装置の圧力制御系の構成図

【図４】同薄膜形成装置の動作を示す図

【図５】本発明の実施の形態４における吐出量を示す図

【図６】同吐出パターンを示す図

【図７】従来の薄膜形成装置の動作説明図

【符号の説明】

１０ステージ１１非塗布基板１２インクジェットヘッド１３塗布液タンク１４圧力制御系１５集中制御系１６環境制御系ａ１７環境制御系ｂ１８環境制御系ｃ１９液体吐出口２０気体吐出口２１塗布液２２気流２４気体供給源２５フィルター２６レギュレータ２７ミストトラップ２８バルブａ２９レギュレータ３０バッファー３１ピエゾバルブａ３２圧力トランスミッタａ３３ピエゾバルブｂ３４圧力トランスミッタｂ３５バルブｂ４０コントローラ４１空圧ライン４２制御配線４３塗布溶液供給ライン

フロントページの続き (72)発明者岩澤利幸神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内 (72)発明者中裕之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体供給源と、塗布液を貯蔵するタンク
と、被塗布基板と、前記気体供給源からの気体による圧
力を利用して前記被塗布基板に前記塗布液を吐出する吐
出口を有するインクジェットヘッドと、前記被塗布基板
を回転させる回転手段と、前記インクジェットヘッドと
前記被塗布基板とを前記非塗布基板の中心部と外周部と
の間で相対移動させる相対移動手段とを備え、前記被塗
布基板を前記回転手段で回転させ、かつ前記インクジェ
ットヘッドを前記相対移動手段により相対移動させなが
ら、前記インクジェットヘッドより前記塗布液を吐出し
て前記被塗布基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であ
って、更に、前記インクジェットヘッドの吐出口の塗布
液側近傍の第１の圧力を調整する第１の調整手段と、前
記インクジェットヘッドの吐出口の外方側近傍の第２の
圧力を調整する第２の調整手段と、前記第１の圧力と前
記第２の圧力の一方の圧力を基準圧力として維持し、他
方の圧力と前記基準圧力とを比較して前記他方の圧力を
所定の圧力に維持するように前記第１の調整手段と前記
第２の調整手段とを制御することによって前記吐出口か
らの塗布液の吐出を制御する制御手段とを有する薄膜形
成装置。
【請求項２】第１の調整手段は、第１の圧力を検知す
る第１の検知手段を有し、第２の調整手段は、第２の圧
力を検知する第２の検知手段を有し、制御手段は、基準
圧力とした圧力側の検知手段からの情報に基づき対応し
た調整手段をフィードバック制御し、更に前記第１の圧
力と前記第２の圧力とを比較する比較手段を有し、前記
比較手段で比較した結果に基づき基準圧力としなかった
圧力側の調整手段を所定の圧力になるようにフィードバ
ック制御する請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】更に、気体供給源とインクジェットヘッ
ドとの連絡を断続する断続手段と、前記断続手段によっ
て前記気体供給源と前記インクジェットヘッドとの連絡
が切断された場合に、吐出口からの塗布液の流出を防止
する流出防止手段を有する請求項１または２記載の薄膜
形成装置。
【請求項４】流出防止手段は、タンクの塗布液に印加
された圧力を開放するバルブである請求項３記載の薄膜
形成装置。
【請求項５】更に、吐出状態を確認するために、液体
の吐出させる吐出状態確認手段を有する請求項１から４
のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項６】更に、吐出量を確認するために、規定し
た時間のみ液体を吐出させる吐出量確認手段を有する請
求項１から５のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項７】塗布液が、紫外線硬化樹脂溶液であり、
インクジェットヘッドが複数の微細ノズルを有する請求
項１から６のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項８】被塗布基板が光ディスク用基板であり、
インクジェットヘッドが複数の微細ノズルを有する請求
項１から７のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項９】請求項１から８のいずれかに記載の薄膜
形成装置を用い、被塗布基板とインクジェットヘッドと
を相対的に第１の回転速度で回転しながら、前記被塗布
基板と前記インクジェットヘッドとを前記被塗布基板の
中心側と外周側との間で直線的に相対移動させる工程
と、前記工程に時間的に重複して塗布液を塗布する塗布
工程と、前記塗布工程終了後前記被塗布基板を第１の回
転速度より大きな第２の回転速度で回転させるレベリン
グ工程とを有する薄膜形成方法。
【請求項１０】請求項１から８のいずれかに記載の薄
膜形成装置を用い、被塗布基板とインクジェットヘッド
とを相対的に第１の回転速度で回転しながら、前記被塗
布基板と前記インクジェットヘッドとを前記被塗布基板
の中心側と外周側との間で直線的に相対移動させる工程
と、前記工程に時間的に重複して塗布液を塗布する塗布
工程とを有し、前記塗布工程における塗布液の吐出量は
前記被塗布基板の外周部に向けて増加する薄膜形成方
法。
【請求項１１】被塗布基板とインクジェットヘッドと
は等速度で直線的に相対移動され、塗布工程における塗
布液の吐出量は前記被塗布基板の外周部に向けて１次関
数的に増加する請求項１０記載の薄膜形成方法。