WO2017145675A1 - 塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

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WO2017145675A1
WO2017145675A1 PCT/JP2017/003518 JP2017003518W WO2017145675A1 WO 2017145675 A1 WO2017145675 A1 WO 2017145675A1 JP 2017003518 W JP2017003518 W JP 2017003518W WO 2017145675 A1 WO2017145675 A1 WO 2017145675A1
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coating
coating liquid
pressure
liquid
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義則 谷
俊一 岡本
俊文 伊藤
暁雄 鈴木
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東レエンジニアリング株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a coating apparatus and a coating method for forming a coating film on a member to be coated.
  • a coating device for forming a coating film with a uniform thickness on a member to be coated for example, a circular substrate such as a silicon wafer
  • a slit coater and a spin coater are widely known, but each has different characteristics. Applications have been developed according to the characteristics.
  • the slit coater is used, for example, for forming a coating film on a color filter of a liquid crystal display or a TFT substrate.
  • the slit coater is applicable to a large glass substrate, and utilizes the characteristics that the use efficiency of the coating liquid is high (that is, the waste of the coating liquid is small).
  • a spin coater is relatively inferior to a slit coater in terms of compatibility with large substrates and application efficiency of coating solution, but it is relatively easy to form a coating with a uniform thickness on a circular substrate such as a silicon wafer. It is widely used in the field of semiconductor manufacturing.
  • the slit coater has an applicator (also referred to as a nozzle or a slit die), in which a slit-like channel is formed, and its tip serves as a discharge port for the coating liquid.
  • the discharge port has an elongated shape, and has a width dimension larger than the diameter of the circular substrate (silicon wafer).
  • the substrate and the applicator are moved relative to each other, and the discharge port is formed by the surface tension of the coating liquid (coating liquid bead) generated between the substrate and the applicator. It is possible to discharge (draw out) the coating liquid. For this reason, the coating liquid is discharged (drawn) in a portion where the substrate is present facing the elongated discharge port, whereas the coating liquid is not discharged (not drawn) in a portion where there is no substrate. As a result, it becomes possible to form a coating film on a necessary portion without wasting the coating liquid on a circular substrate such as a silicon wafer or the like, and the utilization efficiency of the coating liquid can be improved. .
  • a slit coater (also referred to as a capillary coater) has conventionally been configured with the discharge port of the applicator facing upward, but as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the discharge port There are proposals that face down.
  • the discharge port of the applicator is turned downward, and control is performed to maintain the pressure (internal pressure) of the coating liquid in the applicator at a negative pressure. Then, the coating liquid is pulled out from the coating device by the surface tension of the coating solution (coating solution bead) generated between the substrate and the coating device, and the coating solution is efficiently applied to a circular substrate such as a silicon wafer. ing.
  • the advantage that the discharge port faces downward is that the coating surface of the substrate can be directed upward, which makes it easy to handle the substrate and suppresses the liquid flow after coating.
  • JP 2013-98371 A Japanese Patent Laying-Open No. 2015-192984
  • the main control parameters that affect the film thickness of the coating solution are the pressure in the applicator and the coating speed. Even when coating is performed using these control parameters, high-precision control is required to stably reproduce the film thickness.
  • the capillary coater described in Patent Document 1 has a narrow storage chamber for storing a coating liquid inside an applicator, and is configured to control the pressure (atmospheric pressure) of the storage chamber.
  • the pressure atmospheric pressure
  • the application liquid in the storage chamber is discharged from the discharge port, that is, when the application liquid is consumed for application, the liquid level of the application liquid in the storage chamber decreases.
  • the coating liquid is newly supplied to the applicator (storage chamber) from the outside, since the storage chamber is narrow, the fluctuation of the liquid level accompanying the consumption (and supply) of the coating liquid is large. Control of keeping the pressure in the storage chamber constant is substantially difficult.
  • the capillary coater described in Patent Document 2 includes a tank for storing a coating liquid connected to the applicator via a pipe, and the pressure provided in the applicator so that the pressure in the applicator is constant.
  • the tank pressure is feedback controlled based on the measured value of the sensor.
  • the movement of the coating liquid may be delayed and control responsiveness may decrease. That is, even if the tank pressure is controlled, there is a time lag until the pressure change due to the control is reflected in the pressure in the applicator. As a result, the pressure in the applicator does not become the desired pressure. Or the pressure in the applicator fluctuates.
  • the discharge amount of the coating liquid discharged from the applicator fluctuates, and as a result, the film thickness of the coating film formed on the coated member May not be uniform.
  • the present invention has been made to solve the problems of the above-described capillary coater (capillary coating), and the object of the present invention is to determine the thickness of the coating film formed on the member to be coated.
  • An object of the present invention is to provide a coating apparatus and a coating method that can be made to have a thickness of 10 mm.
  • the coating apparatus of the present invention has a reservoir part for storing the coating liquid, a discharge port for discharging the coating liquid, and a slit-like channel connecting the reservoir part and the discharge port, An applicator for discharging a coating liquid from a discharge port; a moving means for relatively moving the applicator and the member to be coated in a direction parallel to a surface to be coated of the member to be coated; and supplying the coating liquid to the applicator And a coating operation for discharging the coating liquid from the discharge port to the coated member while performing the relative movement, and applying the coating liquid from the pump while applying a negative pressure to the coating liquid in the coating device. And a control device that performs control for supplying to the applicator.
  • this coating apparatus it is possible to perform capillary coating that enables a coating liquid having a desired thickness to be formed on a member to be coated (coated surface) by discharging a coating liquid from a discharge port.
  • control device can perform control to supply the application liquid from the pump to the applicator according to the amount of the application liquid discharged from the discharge port during the application operation.
  • the coating liquid corresponding to the amount of coating liquid consumed by being discharged from the discharge port is supplied from the pump to the applicator. Control of capillary coating formed on the member to be coated (surface to be coated) becomes easy.
  • the applicator further includes a pressure applying device that applies pressure to the coating liquid in the applicator, and a pressure sensor that measures the pressure of the coating liquid in the applicator.
  • the pressure applying device controls the pressure of the application liquid in the applicator, and controls the adjustment of the application liquid by the pump based on the measurement result of the pressure sensor. It can be carried out.
  • the control device supplies the application liquid to the applicator by the pump for the liquid application operation to start the application of the application liquid to the member to be applied, and the supply of the application liquid in the applicator by the supply. After the pressure is increased, when the pressure drop is detected, it is preferable to stop the supply of the coating liquid by the pump.
  • the pressure of the application liquid in the applicator increases once, and thereby the application liquid is discharged from the discharge port.
  • the coating liquid in the applicator is further drawn out by the surface tension of the coating liquid, thereby reducing the pressure in the applicator. Therefore, when the pressure drop is detected, the supply of the coating liquid by the pump is stopped, so that it is possible to prevent the excessive coating liquid from adhering to the member to be coated during the liquid application operation.
  • the coating device is connected to the applicator through a pipe and stores a coating liquid, and the pressure of the coating liquid in the applicator is maintained at a predetermined value.
  • the supply of the coating liquid by the pump is stopped when a drop in the pressure is detected after the coating liquid is supplied to the applicator by the pump while the communication between the container and the tank is cut off.
  • the tank and the applicator communicate with each other by operating the valve.
  • the pressure of the application liquid in the applicator can be maintained at a constant value (negative pressure) after the application liquid discharged from the discharge port adheres to the application target member during the liquid application operation. It becomes.
  • the coating method of the present invention includes a reservoir part for storing the coating liquid, a discharge port for discharging the coating liquid, and a discharge port of the applicator having a slit-like channel connecting the reservoir part and the discharge port.
  • a method for performing capillary coating by discharging a coating liquid onto a member to be coated wherein the applicator and the member to be coated are relatively moved in a direction parallel to a surface to be coated of the member to be coated.
  • a coating operation is performed to discharge the coating liquid from the discharge port to the coated member, and the coating liquid is supplied from a pump connected to the coating device while applying a negative pressure to the coating liquid in the coating device during the coating operation. Is supplied to the applicator.
  • this coating method it is possible to perform capillary coating that enables a coating film having a desired thickness to be formed on a coated member (coated surface) by discharging a coating solution from a discharge port.
  • a coating liquid corresponding to the amount of the coating liquid discharged from the discharge port is supplied from the pump to the applicator.
  • the coating liquid corresponding to the amount of coating liquid consumed by being discharged from the discharge port is supplied from the pump to the applicator. Control of capillary coating formed on the member to be coated (surface to be coated) becomes easy.
  • the pressure of the coating liquid in the applicator is measured by a pressure sensor, and the pressure of the coating liquid in the applicator is controlled to make the coating liquid in the applicator negative, and the pressure sensor Based on the measurement result, adjustment control of the coating liquid by the pump is performed.
  • the coating liquid is attached to the coating start portion of the member to be coated, it is preferable to appropriately control the discharge amount of the coating liquid to obtain a desired film thickness from the coating start portion. Therefore, after the application liquid is supplied to the applicator by the pump and the pressure of the application liquid in the applicator is increased by the supply for the liquid application operation for starting the adhesion of the application liquid to the coated member. When the pressure drop is detected, the supply of the coating liquid by the pump is preferably stopped.
  • the pressure of the application liquid in the applicator increases once, and thereby the application liquid is discharged from the discharge port.
  • the coating liquid in the applicator is further drawn out by the surface tension of the coating liquid, thereby reducing the pressure in the applicator. Therefore, when the pressure drop is detected, the supply of the coating liquid by the pump is stopped, so that it is possible to prevent the excessive coating liquid from adhering to the member to be coated during the liquid application operation.
  • the applicator is connected to a tank for storing the application liquid through a pipe, and is provided with a valve that allows the applicator and the tank to communicate with each other.
  • the pressure of the coating liquid stored in the tank can be adjusted by a pressure regulator so as to keep the pressure of the coating liquid in the applicator at a predetermined value, and the applicator and the tank are controlled by the valve.
  • the pressure drop is detected after the coating liquid is supplied to the applicator by the pump in a state where communication with the pump is cut off, the supply of the coating liquid by the pump is stopped and the valve is operated. It is preferable that the tank and the applicator communicate with each other.
  • the pressure of the application liquid in the applicator can be maintained at a constant value (negative pressure) after the application liquid discharged from the discharge port adheres to the application target member during the liquid application operation. It becomes.
  • the amount of the application liquid supplied to the applicator is controlled to a predetermined amount by a pump, so that the surface tension of the application liquid discharged from the applicator to the member to be applied is moved from the discharge port to the outside of the applicator.
  • the amount of the coating liquid that is about to be discharged can be suppressed.
  • the coating liquid in the coating device is maintained at a negative pressure, and the thickness of the coating film applied to the member to be coated can be set to a desired thickness.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating the overall configuration of the coating apparatus.
  • the coating apparatus 5 is an apparatus for forming a coating film having a uniform thickness by discharging a coating liquid onto a member to be coated that is, for example, a sheet.
  • the member to be applied described in the present embodiment is a circular substrate 7 (see FIG. 2A), specifically, a circular silicon wafer.
  • the coating device 5 includes an applicator 10 (also referred to as a nozzle or a slit die) positioned above the substrate 7, and the coating liquid is discharged from the applicator 10 to apply the coating liquid onto the upper surface of the substrate 7. .
  • the upper surface of the substrate 7 becomes a coated surface 8 to which the coating liquid is applied, and the substrate 7 is supported on the stage 9 in such a posture that the coated surface 8 faces upward, and coating is performed in this state.
  • the coating apparatus 5 includes a moving unit 20 that relatively moves the substrate 7 and the coating apparatus 10, and a pump 30 that supplies the coating liquid to the coating apparatus 10.
  • a pressure applying device 40 that applies pressure to the coating liquid in the applicator 10
  • a control device 50 that includes a computer that performs various controls, and a pressure sensor 60 for measuring the pressure of the coating liquid in the applicator 10. I have.
  • the applicator 10 will be described. As shown in FIG. 2 (A), the applicator 10 is composed of a linear nozzle that is long in one direction, and a discharge port 11 that is long in one direction for discharging the coating liquid is provided at the lower end thereof. As described above, the substrate 7 (surface 8) is circular, and the discharge port 11 has a width dimension W larger than the diameter D of the substrate 7 (the maximum dimension of the substrate 7 in the one direction) (W> D).
  • the applicator 10 has a reservoir portion 13 for storing the coating liquid, a discharge port 11 for discharging the coating liquid, and a slit shape connecting the reservoir portion 13 and the discharge port 11.
  • a flow path 12 is provided.
  • the reservoir 13, the slit-shaped flow path 12, and the discharge port 11 are formed long along one direction (a direction orthogonal to the paper surface of FIGS. 2B and 2C).
  • the reservoir 13 is an area that has been enlarged to temporarily store the coating liquid discharged from the discharge port 11.
  • the lower end of the slit-shaped flow path 12 is a discharge port 11. In the applicator 10, the coating liquid is discharged downward from the discharge port 11 to the substrate 7.
  • the reservoir 13 and the slit-like flow path 12 are filled with the coating liquid (that is, filled).
  • the direction in which the coating liquid is discharged from the discharge port 11 is downward.
  • the direction is not limited to this, and may be obliquely downward, and may be horizontal (horizontal direction), upward, and diagonally upward. There is also a case.
  • a pressure sensor 60 is provided in the applicator 10 and is a sensor that measures the pressure of the coating liquid in the applicator 10.
  • the detection part (sensor part) of the pressure sensor 60 is exposed in the reservoir part 13, and the pressure (internal pressure) of the coating liquid in the reservoir part 13 is measured.
  • the measurement result of the pressure sensor 60 is input to the control device 50.
  • pressure in the applicator 10 means the pressure of the coating liquid in the reservoir 13.
  • the coating apparatus 5 includes an apparatus base 6 and a stage 9 mounted on the apparatus base 6 and placing a substrate 7 thereon.
  • the coated surface 8 of the substrate 7 on the stage 9 is horizontal.
  • the applicator 10 can be moved by the moving means 20 with respect to the stage 9.
  • the moving means 20 includes a rail 21 provided on the apparatus base 6, a movable block 22 that moves in the horizontal direction along the rail 21, and a linear actuator 23 that moves the movable block 22.
  • the applicator 10 is mounted on the movable block 22. By this moving means 20, the applicator 10 can move in the horizontal direction with respect to the substrate 7 on the stage 9 in a fixed state.
  • the moving unit 20 may be configured to relatively move the applicator 10 and the substrate 7 in a direction parallel to the surface to be coated 8 of the substrate 7.
  • the stage 9 (substrate 7) may be moved.
  • the moving means 20 is provided with the raising / lowering actuator 24 which moves the applicator 10 to an up-down direction.
  • the moving means 20 is controlled by the control device 50 and can move the applicator 10 in the horizontal direction at a predetermined speed (specifically, a constant speed).
  • the substrate 7 and the applicator 10 are opposed to each other in the vertical direction, and are moved relative to each other by the moving means 20, and between the substrate 7 and the applicator 10.
  • the coating liquid is discharged from the applicator 10 by the surface tension acting on the generated coating liquid (bead 3 of the coating liquid). For this reason, the coating liquid is discharged to the elongated discharge port 11 at a portion where the substrate 7 exists as shown in FIG. 2B, whereas the substrate 7 has a shape as shown in FIG.
  • the coating solution is not discharged in the absence of the coating liquid.
  • the circular substrate 7 is to be applied, it is possible to form a coating film on a necessary portion without wasting the application liquid, thereby increasing the utilization efficiency of the application liquid.
  • the pump 30 has a function of supplying a desired amount of coating liquid to the applicator 10.
  • the pump 30 can accurately deliver a coating liquid having an arbitrary flow rate, and is, for example, a syringe pump (metering pump).
  • the applicator 10 and the pump 30 are connected through a pipe 81, and the pipe 81 is provided with an open / close switching valve 71.
  • the pump 30 is controlled by the control device 50, the feeding amount of the coating liquid per unit time is controlled, and the coating liquid is supplied to the applicator 10.
  • the coating liquid is discharged from the discharge port 11 of the applicator 10.
  • the pump 30 can also suck the coating liquid on the applicator 10 side by performing an operation opposite to the operation for supplying the coating liquid. As will be described later, this suction operation is performed during the replenishment of the coating liquid to the pump 30 and the control mode (No. 2).
  • the coating device 5 further includes a tank (first tank) 35 for storing the coating liquid.
  • the tank 35 is connected to the pump 30 through a pipe 83 extended from the pipe 81.
  • the pipe 83 is provided with an open / close switching valve 73.
  • the volume of the coating liquid that can be stored in the tank 35 is larger than the capacity of the pump 30, and the coating liquid stored in the tank 35 becomes a coating liquid for replenishing the pump 30.
  • the pressure applying device 40 includes a tank (second tank) 41 and a pressure regulator 42.
  • the tank 41 stores a coating liquid and is connected to the applicator 10 through a pipe 82.
  • the pipe 82 is provided with an open / close switching valve 72, and the coating liquid can flow between the tank 41 and the applicator 10 (reservoir 13) when the valve 72 is open.
  • the valve 72 allows the applicator 10 and the second tank 41 to communicate and be blocked.
  • the volume of the coating liquid that can be stored in the tank 41 is larger than the volume (volume) of the reservoir 13 of the applicator 10.
  • the pressure regulator 42 is composed of a regulator, and changes the pressure applied to the coating liquid in the tank 41.
  • the pressure adjuster 42 is controlled by the control device 50 and adjusts the pressure (internal pressure) of the coating liquid in the tank 41. Since the tank 41 and the applicator 10 are connected through the pipe 82, the pressure of the application liquid in the applicator 10 (reservoir 13) is controlled to a predetermined pressure by adjusting the pressure of the application liquid in the tank 41. can do. For example, by adjusting the pressure (gauge pressure) of the coating liquid in the tank 41 to a negative pressure, the pressure (gauge pressure) of the coating liquid in the applicator 10 (reservoir 13) can be made negative.
  • the pressure regulator 42 adjusts the pressure of the coating liquid stored in the tank 41 so as to keep the pressure of the coating liquid in the applicator 10 at a predetermined value (negative pressure).
  • These pressure regulators 42 and tanks 41 constitute a pressure applying device 40 that applies pressure (negative pressure) to the coating liquid in the applicator 10.
  • the applicator 5 having the above configuration includes a pump control line L1 and a pressure control line L2 that are connected to the applicator 10, respectively.
  • the pump control line L1 includes pipes 81 and 83, valves 71 and 73, a pump 30, and a first tank 35.
  • the pressure control line L2 includes a pipe 82, a valve 72, a second tank 41, and a pressure regulator 42.
  • One or both of the pump control line L1 and the pressure control line L2 are selectively used in each of the application operation and the liquid application operation described later.
  • the coating device 5 of the present embodiment has two control modes for the coating operation and is alternatively employed.
  • the computer program stored in the storage means of the control device 50 includes two control mode programs, which are selectively executed.
  • the application operation is an operation of discharging the coating liquid from the discharge port 11 to the substrate 7 while performing relative movement between the substrate 7 and the applicator 10 by the moving means 20 (linear actuator 23).
  • This application method includes a liquid application operation for starting the adhesion of the application liquid to the substrate 7, and the application operation is performed following the liquid application operation.
  • [Control mode (1)] 3 to 5 are explanatory diagrams for explaining the coating method.
  • the valve 71 between the pump 30 and the applicator 10 is called a first valve 71
  • the valve 72 between the second tank 41 and the applicator 10 is called a second valve 72
  • a valve 73 between the one tank 35 and the pump 30 is referred to as a third valve 73.
  • initial application of the coating liquid is performed from the applicator 10 (initial application step).
  • the first valve 71 is opened and the pump 30 is operated to discharge a small amount of coating liquid from the discharge port 11.
  • the applicator 10 does not exist on the substrate 7.
  • the discharge port 11 of the applicator 10 is wiped off (wiping process: see FIG. 3B).
  • the pump 30 is in a stopped state.
  • the height position of the applicator 10 is set to a predetermined position with respect to the substrate 7 on the stage 9.
  • the height adjustment of the applicator 10 is performed by the elevating actuator 24 (see FIG. 1).
  • the interval between the discharge port 11 and the coated surface 8 is set to several tens of ⁇ m.
  • the applicator 10 is moved by the linear actuator 23 (see FIG. 1) so that the ejection port 11 is positioned immediately above the application start position (the edge of the substrate 7) of the substrate 7 (preparation moving step).
  • a process of setting the pressure of the coating liquid in the second tank 41 to be lower than the atmospheric pressure (hereinafter referred to as a pre-process) is performed.
  • the pressure of the coating liquid in the second tank 41 is set to a predetermined reduced pressure value (predetermined negative pressure value) in the pressure control line L2.
  • This reduced pressure value (negative pressure value) is a value set in the control device 50 and is a value for making the pressure of the coating liquid in the applicator 10 a predetermined negative pressure value. Specifically, it is set to the same value as the negative pressure value generated in the coating liquid of the applicator 10 when performing the coating operation.
  • the negative pressure (decompression) of the coating liquid in the second tank 41 is performed by the pressure regulator 42.
  • the above processing is pre-processing.
  • the second valve 72 is closed until the preparatory movement step, and in this state, the pressure of the coating liquid in the second tank 41 does not affect the pressure of the coating liquid in the applicator 10.
  • the negative pressure of the coating liquid in the second tank 41 is applied to the pressure of the coating liquid in the coating device 10, and the pressure of the coating liquid in the coating device 10 is instantaneously changed. Can be made negative pressure.
  • the pump 30 is operated to supply the coating liquid to the applicator 10 (see FIG. 4A).
  • the supply amount of the coating liquid by the pump 30 is an extremely small amount, which is smaller than the supply amount at the time of the coating operation. Thereby, a small amount of coating liquid is discharged from the discharge port 11. Further, the supply of the coating liquid by the pump 30 increases the pressure of the coating liquid in the applicator 10 and approaches the atmospheric pressure.
  • the pressure sensor 60 measures the pressure in the applicator 10 every moment, when the controller 50 detects a pressure drop in the applicator 10 caused by the contact of the coating liquid with the substrate 7,
  • the valve 72 is opened (see FIG. 4C). Further, the supply of the coating liquid by the pump 30 is stopped. Thereby, in cooperation with the pretreatment being performed, the coating liquid in the applicator 10 is affected by the pressure of the coating liquid in the second tank 41, and the pressure of the coating liquid in the applicator 10 is Negative pressure. As a result, it is possible to prevent the coating solution from continuing to flow out of the applicator 10, and a bead 3 made of the coating solution is formed between the substrate 7 and the discharge port 11 (see FIG. 4C).
  • the control device 50 performs the following control as described above. That is, for the liquid application operation for starting the adhesion of the coating liquid to the substrate 7, the pump 30 supplies the coating liquid to the applicator 10, and this supply increases the pressure of the coating liquid in the applicator 10, and then When the pressure drop is detected by the pressure sensor 60, the supply of the coating liquid by the pump 30 is stopped. Further, in the present embodiment, the application liquid is applied by the pump 30 with the pump 30 in a state where the communication between the applicator 10 and the second tank 41 is blocked by the second valve 72 (that is, the second valve 72 is closed). After the pressure is detected by the pressure sensor 60, the supply of the coating liquid by the pump 30 is stopped and the second valve 72 is operated (that is, the second valve 72 is opened). The second tank 41 and the applicator 10 are connected.
  • the pressure of the application liquid in the applicator 10 is increased, and thereby the application liquid is discharged from the discharge port 11. .
  • the coating solution in the applicator 10 is further drawn out by the surface tension of the coating solution, thereby reducing the pressure in the applicator 10. Therefore, when this pressure drop is detected by the pressure sensor 60, the supply of the coating liquid by the pump 30 is stopped to prevent excessive coating liquid from adhering to the substrate 7 during the liquid application operation. It becomes possible.
  • the coating liquid discharged from the discharge port 11 adheres to the substrate 7 and then the coating liquid in the applicator 10 is removed. It becomes possible to keep the pressure at a constant value (negative pressure).
  • the moving speed of the applicator 10 is constant.
  • the substrate 7 is circular, as described above (see FIG. 2), in the applicator 10 (discharge port 11), the portion where the substrate 7 exists immediately below and the substrate 7 exists immediately below.
  • the range of each of these portions varies depending on the relative positions of the substrate 7 and the applicator 10. 2B, the coating liquid is discharged from the portion where the substrate 7 exists as shown in FIG. 2B, whereas the substrate 7 does not exist as shown in FIG. The coating liquid is not discharged at the portion.
  • the amount of the coating liquid varies depending on the position of the applicator 10 with respect to the substrate 7. Therefore, a control (quantitative discharge control) is performed in which an amount necessary for forming a coating film with a constant film thickness on the substrate 7 is not sent out from the pump 30 by a constant amount. That is, the amount of the coating liquid delivered from the pump 30 is set to an amount corresponding to the coating liquid amount (the necessary amount) that changes in accordance with the change in the width direction (shape change) of the substrate 7.
  • the width direction of the substrate 7 is a direction that coincides with the longitudinal direction of the applicator 10 (discharge port 11).
  • the amount of the coating liquid delivered from the pump 30 as described above is set in a computer program stored in the storage means of the control device 50. That is, the computer program includes data in which the relative position between the applicator 10 and the substrate 7 and the discharge amount (supply amount) of the coating liquid at that position are associated with each other. Based on this, the control device 50 operates the pump 30 and the moving means 20. As a result, a set amount of the coating liquid can be discharged from the applicator 10 without using the measurement value of the pressure sensor 60, and a constant film thickness can be formed on the substrate 7.
  • the said discharge amount based on a position is a value calculated
  • the pressure of the coating liquid in the coating device 10 is set to a negative pressure, and the pump 30 is used for the amount of coating liquid discharged from the discharge port 11. Therefore, the pressure in the applicator 10 is maintained at a constant value while maintaining a negative pressure during the application operation.
  • control mode the following control is performed by the control device 50 during the coating operation. That is, during the application operation, control is performed to supply the application liquid from the pump 30 to the applicator 10 according to the amount of the application liquid consumed by being discharged from the discharge port 11.
  • This control facilitates the control of capillary coating for forming a coating film having a desired uniform thickness on the substrate 7 (surface to be coated 8) while maintaining the coating liquid in the applicator 10 at a negative pressure.
  • the applicator 10 When the supply is stopped, although not shown, the applicator 10 is raised by the elevating actuator 24, the first valve 71 is closed, and the third valve 73 is opened.
  • the pump 30 sucks and replenishes the coating liquid in the first tank 35 and prepares for the next coating.
  • the substrate 7 coated with the coating liquid is removed from the stage 9 and carried to a dryer.
  • the control for supplying the coating liquid consumed by the coating by the pump 30 is performed.
  • the second valve 72 of the pressure control line L2 is in a closed state, and the liquid is supplied only by the pump 30 of the pump control line L1.
  • the pump 30 supplies the application liquid to the applicator 10 by an amount corresponding to a preset discharge amount of the application liquid from the applicator 10.
  • the amount of the application liquid supplied to the applicator 10 is drawn out of the applicator 10 by the shearing force generated in the bead 3 of the application liquid between the substrate 7 and the applicator 10 due to the capillary action and the application operation.
  • the amount is set to be smaller than the amount of the coating liquid to be applied, and this enables supply while suppressing discharge.
  • the coating liquid is supplied by the pump 30, but in the applicator 10, a force for drawing the coating liquid to the outside works from the discharge port 11, and the coating liquid in the applicator 10 is in a negative pressure state.
  • the preparatory movement process for moving the applicator 10 so that 11 is positioned includes the initial putting out process (FIG. 3A), the wiping process (FIG. 3B), and the preparation in the control mode (part 1). This is performed in the same manner as the moving step (FIG. 3C).
  • liquid application operation for starting the adhesion of the coating liquid to the substrate 7 is started.
  • This liquid application operation is the same as the liquid application operation (liquid application step) in the control mode (part 1) shown in FIGS.
  • a bead 3 made of the coating liquid is formed between the substrate 7 and the discharge port 11 (see FIG. 4C).
  • the second valve 72 is opened to connect the second tank 41 and the applicator 10
  • the application liquid discharged from the discharge port 11 adheres to the substrate 7.
  • the pressure of the coating liquid inside is kept at a constant value (negative pressure).
  • the second valve 72 When the pressure of the coating liquid in the applicator 10 becomes negative due to the influence of the pressure of the coating liquid in the second tank 41, the second valve 72 is closed in the control mode (No. 1) (see FIG. 5A). In the control mode (part 2), the second valve 72 is kept open (see FIG. 6A). And application
  • the horizontal movement of the applicator 10 by the moving means 20 (linear actuator 23) is started, and the application liquid connected to the second tank 41 is controlled by controlling the pressure of the application liquid in the second tank 41.
  • the pressure of the coating liquid in the container 10 is maintained at a constant value (a constant negative pressure value), and the pump 30 can supply the coating liquid to the coating apparatus 10. That is, while the applicator 10 is moved in the horizontal direction by the moving means 20, the pressure control by the second tank 41 and the pressure regulator 42 and the supply control in which the application liquid is supplied by the pump 30 are performed by the control device 50. Done.
  • the pressure control performed in the coating operation is a control for keeping the pressure of the coating liquid in the second tank 41 at a set value so that the pressure of the coating liquid in the applicator 10 becomes a predetermined (constant) negative pressure value. It is.
  • the supply control performed in the coating operation is feedback control based on the measurement value of the pressure sensor 60. That is, the control device 50 detects a change in the measured value of the pressure sensor 60 every moment, and when the amount of change exceeds a threshold value (allowable value), the pump 30 supplies or sucks the coating liquid. More specifically, when the measured value by the pressure sensor 60 decreases and the change amount exceeds the threshold value, the operation of supplying the coating liquid is performed, and the measured value increases and the change amount exceeds the threshold value. The operation of sucking the coating liquid is performed. In this way, the control device 50 further stabilizes the pressure of the coating liquid in the applicator 10 by adjusting the supply or suction of the coating liquid by the pump 30.
  • a threshold value allowable value
  • the moving speed of the applicator 10 is constant.
  • the substrate 7 is circular, as described above (see FIG. 2), in the applicator 10 (discharge port 11), the portion where the substrate 7 exists immediately below and the substrate 7 exists immediately below.
  • the range of each of these portions varies depending on the relative positions of the substrate 7 and the applicator 10. 2B, the coating liquid is discharged from the portion where the substrate 7 exists as shown in FIG. 2B, whereas the substrate 7 does not exist as shown in FIG. The coating liquid is not discharged at the portion.
  • the application liquid to be discharged from the discharge port 11 is changed.
  • the amount varies depending on the position of the applicator 10 relative to the substrate 7. Therefore, the pump 30 does not send out a constant amount of coating liquid, but controls to send out an amount necessary to form a coating film with a constant film thickness on the substrate 7. Further, in this control mode (part 2), as described above, the supply or suction of the coating liquid by the pump 30 is controlled based on the measured value of the pressure sensor 60, and the pressure in the applicator 10 is adjusted.
  • the amount of the coating liquid sent out from the pump 30 is an amount corresponding to the amount of the coating liquid that changes in accordance with the change in the width direction (shape change) of the substrate 7 and the measurement by the pressure sensor 60. By performing the control based on the value, it is the sum of the amount of coating liquid supplied or sucked.
  • the amount of the coating liquid sent out from the pump 30 is set in a computer program stored in advance in the control device 50, but in the control mode (part 2), the amount is supplied from the pump 30.
  • the amount of the coating liquid changes every moment according to the measurement value of the pressure sensor 60.
  • control device 50 controls the pressure of the coating solution in the coating device 10 during the coating operation. That is, during the coating operation, the pressure of the coating solution in the coating device 10 is controlled by the pressure applying device 40 (second tank 41 and pressure regulator 42) in order to maintain the coating solution in the coating device 10 at a negative pressure. At the same time, based on the measurement result of the pressure sensor 60, adjustment control including supply and suction of the coating liquid by the pump 30 is performed.
  • the pre-processing is executed, and the pressure of the coating liquid in the coating device 10 is set to a negative pressure. Even when the coating operation is started, the coating is performed by the pressure applying device 40. Since the negative pressure of the applicator 10 is maintained and the control by the pump 30 is also performed based on the measurement result of the pressure sensor 60, the pressure of the coating liquid of the applicator 10 is maintained at a constant value while maintaining the negative pressure. .
  • a dummy plate 65 is adjacent to the edge of the substrate 7 (the edge on the coating end side).
  • the applicator 10 is moved along the substrate 7, passes through the application end position (the edge of the substrate 7) of the substrate 7, and continues to discharge the application liquid until it reaches the dummy plate 65.
  • the applicator 10 discharge port 11
  • the adjustment (discharge) of the coating liquid by the pump 30 is stopped and the second valve 72 is closed.
  • the applicator 10 is raised by the elevating actuator 24, the first valve 71 is closed, and the third valve 73 is opened.
  • the pump 30 sucks and replenishes the coating liquid in the first tank 35 and prepares for the next coating.
  • the substrate 7 coated with the coating liquid is removed from the stage 9 and carried to a dryer.
  • the dummy plate 65 may be omitted and the coating operation may be terminated as in the control mode (part 1), or the dummy plate 65 may be employed in the control mode (part 1).
  • this control mode (part 2), the control is performed with both the first valve 71 of the pump control line L1 and the second valve 72 of the pressure control line L2 open.
  • a pressure drop is detected by the pressure sensor 60 provided in the applicator 10 during the application operation, a small amount of liquid is supplied to the applicator 10 by the pump 30, so that the pressure in the applicator 10 is restored to the original pressure.
  • the setting value can be restored.
  • the liquid supply amount by the pump 30 may be an amount corresponding to the predicted consumption of the coating liquid, but further feedback control when a difference between the set liquid supply amount and the actual liquid consumption occurs. It is preferable that the value is adjusted.
  • the control device 50 can selectively employ one or both of the pump control line L1 and the pressure control line L2 according to the coating conditions. That is, the control mode (part 1) or the control mode (part 2) is alternatively selected according to the application conditions.
  • Application conditions include, for example, the film thickness to be formed on the substrate 7, the application speed (movement speed of the applicator 10), and the like.
  • the applicator is supplied by supplying the coating liquid from the pump 30 with the second valve 72 of the pressure control line L2 closed and the first valve 71 of the pump control line L1 opened. A small amount of coating solution is slowly discharged from 10. At this time, the pressure in the applicator 10 changes from the negative pressure state to the positive pressure direction.
  • the coating liquid (bead 3) connecting between the applicator 10 and the substrate 7 is spread by the surface tension and spreads.
  • the pump 30 is stopped and the second valve 72 of the pressure control line L2 is opened (see FIG. 4C).
  • the pressure in the applicator 10 becomes a pressure set in advance by the pressure control line L2 (second tank 41).
  • the time from the pressure change to the stop of the supply of the coating liquid by the pump 30 and the time from the pressure change to the opening of the second valve 72 being a predetermined time set by a timer.
  • the amount of the coating liquid discharged from the applicator 10 at the start of coating can be controlled.
  • the application liquid when the application liquid is deposited at the application start portion of the substrate 7, the application liquid is supplied by the pump 30 so that the amount of the application liquid to be discharged out of the applicator 10 by the capillary phenomenon is minimized. To the limit.
  • the liquid by detecting the liquid application timing from the pressure change of the applicator 10, the liquid can be reliably applied even when a small amount of the liquid is discharged, and a stable film thickness at the start of application can be obtained. Become.
  • the control device 50 supplies the application liquid from the pump 30 to the applicator 10 while maintaining the application liquid in the applicator 10 at a negative pressure during the application operation. Control for.
  • the amount of the coating liquid supplied to the coating device 10 can be controlled to a predetermined amount by the pump 30, and the coating liquid discharged from the coating device 10 to the substrate 7 can be controlled.
  • the amount of the coating liquid that is about to be ejected from the ejection port 11 to the outside of the applicator 10 due to surface tension and capillary action can be suppressed. Accordingly, the capillary coating is performed so that the coating liquid can be discharged downward from the discharge port 11 to form a coating film having a desired thickness (uniform thickness) on the substrate 7 (surface 8). Can do.
  • the coating solution applicable to the coating apparatus 5 described above has a viscosity of 1 to 100000 mPa ⁇ S and is preferably a Newtonian from the viewpoint of coating properties, but can also be applied to coating solutions having thixotropy.
  • Specific examples of the coating solution that can be applied include a black matrix for color filters, a coating solution for forming RGB color pixels, a resist solution, an overcoat material, a column forming material, and a coating solution for an adhesive layer for semiconductors. , Flattening coating liquid, protective film coating liquid, resist liquid, colored layer coating liquid, fluorescent light emitting layer coating liquid, TFT positive resist, and the like.
  • the substrate (member to be coated) 7 in addition to a silicon wafer or glass, a metal plate such as aluminum, a ceramic plate, a film, or the like may be used.
  • the shape of the substrate (member to be coated) 7 may be a rectangular shape, or may be a non-rectangular shape such as a circle. Furthermore, a plurality of non-rectangular substrates may be applied simultaneously to the substrates 7 by being arranged in parallel along the longitudinal direction of the applicator 10. Further, as application conditions to be used, the application speed is 0.1 to 100 mm / second, more preferably 0.5 to 20 mm / second, and the gap between the discharge port 11 of the applicator 10 and the surface 8 to be applied of the substrate 7.
  • the (slit gap) is 50 to 1000 ⁇ m, more preferably 100 to 500 ⁇ m, and the coating thickness in the wet state is 0.5 to 100 ⁇ m, more preferably 1 to 50 ⁇ m.
  • the polyimide had a viscosity of 4400 mPa ⁇ s and a solid content of 19%.
  • a discharge port 11 having a length in the application width direction (longitudinal direction, Y direction) of 150 mm and a gap (length in the X direction) of the discharge port 11 of 0.4 mm was used.
  • a pressure sensor 60 was provided in order to measure the pressure of the coating solution in the reservoir 13 of the applicator 10.
  • a discharge amount corresponding to the change in the coating width is determined so that the wet film thickness becomes 40 ⁇ m, the pressure in the applicator 10 at the start of coating is ⁇ 20 Pa (gauge pressure), and the coating speed Application was performed under the condition of 0.5 mm / second.
  • the coated substrate 7 was dried on a hot plate at 150 ° C. for 10 minutes.
  • a coating film with a thickness of 8 ⁇ m was formed on the entire surface area of ⁇ 100, and the film thickness unevenness was ⁇ 3% within a range of 96 mm in diameter excluding the 2 mm range of the coating outer peripheral portion. It was as good as below.
  • Example 2 Another embodiment when the control mode (part 2) is employed will be described.
  • a color resist was applied to a circular silicon wafer having a diameter of ⁇ 100 and a thickness of 0.53 mm by the coating apparatus 5 shown in FIG.
  • the color resist had a viscosity of 4 mPa ⁇ s and a solid concentration of 15%.
  • a discharge port 11 having a coating width direction (longitudinal direction, Y direction) length of 150 mm and a gap (X direction length) of the discharge port 11 of 0.2 mm was used.
  • a pressure sensor 60 was provided in order to measure the pressure of the coating solution in the reservoir 13 of the applicator 10.
  • the application operation is performed while feedback control is performed on the pump 30 so that the fluctuation of the discharge pressure is within 5 Pa as a threshold value. went.
  • the coated substrate 7 was vacuum-dried to reach 65 Pa in 25 seconds for 60 seconds, and further dried on a 120 ° C. hot plate for 10 minutes.
  • the coating liquid in the case of upward capillary application, although not shown (explained with reference to FIG. 1), in the same state as in the case where the discharge port 11 faces downward, the coating liquid is applied between the discharge port 11 and the substrate 7 thereabove. A bead is formed so that the coating liquid in the vicinity of the discharge port 11 (slit channel 12) has a negative pressure.
  • the pressure value applied to the tank 41 by the pressure regulator 42 is a pressure value calculated based on the application liquid in the vicinity of the discharge port 11 having a predetermined negative pressure, and may not be a negative pressure. . In this state, the coating operation is performed.
  • control device 50 executes control for supplying the coating solution from the pump 30 to the coating device 10 while making the coating solution near the discharge port 11 in the coating device 10 have a negative pressure. Specifically, control is performed to supply the application liquid from the pump 30 to the applicator 10 according to the amount of the application liquid discharged from the discharge port 11. That is, the application operation based on the control mode (part 1) is performed.
  • the control device 50 controls the pressure of the coating liquid in the applicator 10 by the pressure applying device 40 in order to maintain the coating liquid in the vicinity of the discharge port 11 in the applicator 10 at a negative pressure, and a pressure sensor 60. It has a function to perform adjustment control of the coating liquid by the pump 30 based on the measurement result.
  • the member to be coated is the sheet-like substrate 7, but a continuous member may be used instead of the sheet-like substrate.
  • Coating device 7 Substrate (coated member) 8: Surface to be coated 10: Coating device 11: Discharge port 12: Slit channel 13: Reservoir 20: Moving means 30: Pump 35: First tank 40: Pressure Giving device 41: Second tank 42: Pressure regulator 50: Control device 60: Pressure sensor 71: First valve 72: Second valve 73: Third valve 81: Piping 82: Piping 83: Piping

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Abstract

被塗布部材に塗布する塗膜の厚さを所望の厚さにする塗布装置、及び、塗布方法を提供する。具体的には、塗布装置5の塗布器10は、塗布液が溜められる溜め部13、塗布液を吐出する吐出口11、及び、これら溜め部13と吐出口11とを繋ぐスリット状流路12を有し、基板7に対して吐出口11から塗布液を吐出する。塗布装置5は、塗布器10を基板7に対して被塗布面8に平行な方向に移動させる移動手段20と、塗布器10に塗布液を供給するポンプ30と、制御装置50とを備えている。制御装置50は、塗布器10の移動を行いながら基板7に対して吐出口11から塗布液を吐出する塗布動作の際、塗布器10内の塗布液を負圧にしつつポンプ30から塗布液を塗布器10に供給するための制御を行うように構成する。

Description

塗布装置及び塗布方法
 本発明は、被塗布部材に塗膜を形成するための塗布装置及び塗布方法に関する。
 被塗布部材(例えばシリコンウエハのような円形の基板)に均一な厚さで塗膜を形成するための塗布装置として、スリットコータやスピンコータが広く知られているが、それぞれ特性が異なっており、その特性に応じた用途展開がなされている。
 スリットコータは、例えば液晶ディスプレイのカラーフィルターやTFT基板への塗膜形成に用いられている。スリットコータは、大型のガラス基板にも対応可能であり、かつ、塗布液の利用効率が高い(つまり、塗布液の無駄が少ない)という特性を活かしている。
 スピンコータは、大型基板への対応や塗布液の利用効率の観点ではスリットコータよりも劣るものの、シリコンウエハのような円形の基板に対して均一な厚さの塗膜を比較的容易に形成することができ、半導体の製造分野で広く用いられている。
 しかし、近年、半導体の製造分野においても、塗布液の利用効率を高めるためにスリットコータが用いられつつある(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。スリットコータは、塗布器(ノズル、スリットダイともいう)を有しており、その内部にスリット状の流路が形成され、その先端が塗布液の吐出口となっている。吐出口は、細長形状を有しており、円形の基板(シリコンウエハ)の直径よりも大きな幅寸法を有している。
 そして、基板と塗布器(吐出口)とを対向させた状態でこれらを相対的に移動させ、基板と塗布器との間で発生する塗布液(塗布液のビード)の表面張力により、吐出口から塗布液を吐出させる(引き出す)ことができる。このため、細長い吐出口に対向して基板が存在する部分では、塗布液が吐出される(引き出される)のに対して、基板の無い部分では塗布液の吐出がされない(引き出されない)。この結果、シリコンウエハ等のような円形の基板に対して、塗布液を無駄に消費することなく、必要な部分に塗膜を形成することが可能となり、塗布液の利用効率を高めることができる。
 また、このようなスリットコータ(キャピラリーコータともいう)は、従来、塗布器の吐出口を上に向けた構成であったが、特許文献1及び特許文献2に開示されているように、吐出口を下向きにしたものが提案されている。このスリットコータでは、塗布器の吐出口を下向きにした状態とし、この塗布器内の塗布液の圧力(内圧)を負圧に保つ制御を行っている。そして、基板と塗布器との間に発生する塗布液(塗布液のビード)の表面張力により塗布液を塗布器から引き出し、シリコンウエハのような円形の基板に対して塗布液を効率よく塗布している。
 なお、吐出口を下向きとする利点は、基板の塗布面を上に向けることが可能となり、これにより、基板のハンドリングが簡易になる点、塗布後の液流れを抑えることができる点にある。
特開2013-98371号公報 特開2015-192984号公報
 塗布器の吐出口を下向きにしたキャピラリーコータを用いて基板に塗布液を塗布する場合、塗布液の膜厚に影響を与える主な制御パラメータは、塗布器内の圧力や塗布速度である。これら制御パラメータを用いて制御を行って塗布しても、膜厚を安定して再現させるためには、高い精度での制御が必要となる。
 前記特許文献1に記載のキャピラリーコータは、塗布器の内部に塗布液を溜める幅狭の貯留室が形成されており、この貯留室の圧力(気圧)を制御する構成となっている。貯留室の塗布液が吐出口から吐出されると、つまり、塗布のために塗布液が消費されると、貯留室の塗布液の液面が低下する。塗布器(貯留室)には外部から新たに塗布液は供給されるが、貯留室は幅狭であるため、塗布液の消費(及び供給)に伴う液面高さの変動が大きく、この結果、貯留室の圧力を一定に保つ制御は実質困難である。
 また、前記特許文献2に記載のキャピラリーコータは、塗布器と配管を介して接続された塗布液を溜めるタンクを備えており、塗布器内の圧力が一定となるよう、塗布器に設けた圧力センサの測定値を基にして前記タンクの圧力をフィードバック制御している。しかし、タンクから塗布器までの流路(配管)を塗布液が流れる際に生じる圧力損失により、塗布液の動きが遅れ、制御の応答性が低下する場合がある。すなわち、タンクの圧力を制御しても、その制御による圧力変化が塗布器内の圧力に反映されるまでに時間的なズレが生じ、この結果、塗布器内の圧力が所望の圧力にならなかったり、塗布器内の圧力が変動したりするという問題がある。
 以上のように、塗布器内の圧力の制御が不安定であると、塗布器から吐出される塗布液の吐出量が変動し、この結果、被塗布部材上に形成される塗膜の膜厚が均一とならない可能性がある。
 そこで、本発明は、上記のようなキャピラリーコータ(キャピラリー塗布)の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、被塗布部材に形成する塗膜の厚さを所望の厚さにすることが可能となる塗布装置及び塗布方法を提供することにある。
 本発明の塗布装置は、塗布液が溜められる溜め部、塗布液を吐出する吐出口、及び、前記溜め部と前記吐出口とを繋ぐスリット状流路を有し、被塗布部材に対して当該吐出口から塗布液を吐出する塗布器と、前記塗布器と前記被塗布部材とを当該被塗布部材の被塗布面に平行な方向に相対移動させる移動手段と、前記塗布器に塗布液を供給するポンプと、前記相対移動を行いながら前記被塗布部材に対して前記吐出口から塗布液を吐出する塗布動作の際、前記塗布器内の塗布液を負圧にしつつ前記ポンプから塗布液を前記塗布器に供給するための制御を行う制御装置と、を備えている。
 この塗布装置によれば、吐出口から塗布液を吐出して、所望の厚さの塗膜を被塗布部材(被塗布面)上に形成することが可能となるキャピラリー塗布を行うことができる。
 また、前記制御装置は、前記塗布動作の際、前記吐出口から吐出される塗布液の量に応じた塗布液を前記ポンプから前記塗布器に供給する制御を行うことができる。
 この構成によれば、塗布動作の際、吐出口から吐出されることで消費される塗布液の量に応じた塗布液がポンプから塗布器に供給されるので、所望の厚さの塗膜を被塗布部材(被塗布面)上に形成するキャピラリー塗布の制御が容易となる。
 また、前記塗布装置は、前記塗布器内の塗布液に圧力を作用させる圧力付与装置と、前記塗布器内の塗布液の圧力を測定する圧力センサと、を更に備え、前記制御装置は、前記塗布器内の塗布液を負圧にするために前記圧力付与装置によって前記塗布器内の塗布液の圧力制御を行うと共に、前記圧力センサの測定結果に基づいて前記ポンプによる塗布液の調整制御を行うことができる。
 この構成によれば、塗布器内の圧力(負圧)を一定に保つための圧力制御が行われ、所望の厚さの塗膜を被塗布部材(被塗布面)上に形成するキャピラリー塗布の制御が容易となる。
 また、被塗布部材の塗布開始部へ塗布液を付着させる際、塗布液の吐出量を適切に制御して所望の膜厚を塗布開始部から得るのが好ましい。そこで、前記制御装置は、前記被塗布部材に対する塗布液の付着を開始する液付け動作のために、前記ポンプにより塗布液を前記塗布器に供給し、当該供給により前記塗布器内の塗布液の圧力を高めた後、当該圧力の低下が検出されると、前記ポンプによる塗布液の供給を停止するのが好ましい。
 ポンプから塗布器に塗布液の供給を行うと、一旦、塗布器内の塗布液の圧力が高まり、これにより、吐出口から塗布液が吐出される。そして、塗布液が被塗布部材に接すると、塗布液の表面張力によって塗布器内の塗布液を更に引き出そうとし、これにより、塗布器内の圧力が低下する。そこで、この圧力の低下が検出されると、ポンプによる塗布液の供給を停止することで、液付け動作の際に過剰な塗布液が被塗布部材に付着するのを防ぐことが可能となる。
 また、前記液付け動作のために、前記塗布装置は、前記塗布器と配管を通じて接続され塗布液を溜めているタンクと、前記塗布器内の塗布液の圧力を所定の値に保つように前記タンクに溜めている塗布液の圧力を調整するための圧力調整器と、前記塗布器と前記タンクとを連通及び遮断可能とするバルブと、を更に備え、前記制御装置は、前記バルブにより前記塗布器と前記タンクとの連通を遮断している状態で、前記ポンプにより塗布液を前記塗布器に供給してから、前記圧力の低下が検出されると、前記ポンプによる塗布液の供給を停止すると共に、前記バルブを動作させて前記タンクと前記塗布器とを連通させるのが好ましい。
 この構成によれば、液付け動作の際、吐出口から吐出された塗布液が被塗布部材に付着した後において、塗布器内の塗布液の圧力を一定値(負圧)に保つことが可能となる。
 また、本発明の塗布方法は、塗布液が溜められる溜め部、塗布液を吐出する吐出口、及び、前記溜め部と前記吐出口とを繋ぐスリット状流路を有する塗布器の当該吐出口から、被塗布部材に対して塗布液を吐出してキャピラリー塗布を行うための方法であって、前記塗布器と前記被塗布部材とを当該被塗布部材の被塗布面に平行な方向に相対移動させながら、当該被塗布部材に対して前記吐出口から塗布液を吐出する塗布動作を行い、前記塗布動作の際、前記塗布器内の塗布液を負圧にしつつ当該塗布器と繋がるポンプから塗布液を当該塗布器に供給する。
 この塗布方法によれば、吐出口から塗布液を吐出して、所望の厚さの塗膜を被塗布部材(被塗布面)上に形成することが可能となるキャピラリー塗布を行うことができる。
 また、前記塗布動作の際、前記吐出口から吐出される塗布液の量に応じた塗布液を前記ポンプから前記塗布器に供給する。
 この構成によれば、塗布動作の際、吐出口から吐出されることで消費される塗布液の量に応じた塗布液がポンプから塗布器に供給されるので、所望の厚さの塗膜を被塗布部材(被塗布面)上に形成するキャピラリー塗布の制御が容易となる。
 また、前記塗布器内の塗布液の圧力が圧力センサによって測定され、前記塗布器内の塗布液を負圧にするために当該塗布器内の塗布液の圧力制御を行うと共に、前記圧力センサの測定結果に基づいて前記ポンプによる塗布液の調整制御を行う。
 この構成によれば、塗布器内の圧力(負圧)を一定に保つための圧力制御が行われ、所望の厚さの塗膜を被塗布部材(被塗布面)上に形成するキャピラリー塗布の制御が容易となる。
 また、被塗布部材の塗布開始部へ塗布液を付着させる際、塗布液の吐出量を適切に制御して所望の膜厚を塗布開始部から得るのが好ましい。そこで、前記被塗布部材に対する塗布液の付着を開始する液付け動作のために、前記ポンプにより塗布液を前記塗布器に供給し、当該供給により前記塗布器内の塗布液の圧力を高めた後、当該圧力の低下を検出すると、前記ポンプによる塗布液の供給を停止するのが好ましい。
 ポンプから塗布器に塗布液の供給を行うと、一旦、塗布器内の塗布液の圧力が高まり、これにより、吐出口から塗布液が吐出される。そして、塗布液が被塗布部材に接すると、塗布液の表面張力によって塗布器内の塗布液を更に引き出そうとし、これにより、塗布器内の圧力が低下する。そこで、この圧力の低下が検出されると、ポンプによる塗布液の供給を停止することで、液付け動作の際に過剰な塗布液が被塗布部材に付着するのを防ぐことが可能となる。
 また、前記液付け動作のために、前記塗布器には、塗布液を溜めているタンクが配管を通じて接続されていると共に、当該塗布器と当該タンクとを連通及び遮断可能とするバルブが設けられており、前記塗布器内の塗布液の圧力を所定の値に保つように前記タンクに溜めている塗布液の圧力が、圧力調整器によって調整可能であり、前記バルブにより前記塗布器と前記タンクとの連通を遮断している状態で、前記ポンプにより塗布液を前記塗布器に供給してから、前記圧力の低下を検出すると、前記ポンプによる塗布液の供給を停止すると共に、前記バルブを動作させて前記タンクと前記塗布器とを連通させるのが好ましい。
 この構成によれば、液付け動作の際、吐出口から吐出された塗布液が被塗布部材に付着した後において、塗布器内の塗布液の圧力を一定値(負圧)に保つことが可能となる。
 本発明によれば、塗布器に供給する塗布液の量をポンプにより所定の量に制御することで、塗布器から被塗布部材に吐出された塗布液の表面張力により吐出口から塗布器外に吐出されようとする塗布液の量を抑制することができる。この結果、塗布動作の際、塗布器内の塗布液が負圧に維持され、被塗布部材に塗布する塗膜の厚さを所望の厚さにすることが可能となる。
塗布装置の全体構成を説明する概略構成図である。 塗布器及び基板の説明図である。 塗布方法を説明する説明図である。 塗布方法を説明する説明図である。 塗布方法を説明する説明図である。 塗布方法を説明する説明図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
〔塗布装置の構成について〕
 図1は、塗布装置の全体構成を説明する概略構成図である。この塗布装置5は、例えば枚葉状である被塗布部材に塗布液を吐出して均一な厚さの塗膜を形成するための装置である。なお、本実施形態で説明する被塗布部材は、円形の基板7(図2(A)参照)であり、具体的には円形のシリコンウエハである。
 塗布装置5は、基板7よりも上側に位置する塗布器10(ノズル、スリットダイともいう)を備えており、この塗布器10から塗布液を吐出し、基板7の上面に塗布液を塗布する。基板7の上面が、塗布液が塗布される被塗布面8となり、この被塗布面8が上向きとなる姿勢で基板7はステージ9上に支持され、その状態で塗布が行われる。
 塗布装置5は、塗布液を吐出する前記塗布器10の他に、基板7と塗布器10とを相対的に移動させる移動手段20と、塗布器10に塗布液を供給するためのポンプ30と、塗布器10内の塗布液に圧力を作用させる圧力付与装置40と、各種制御を行うコンピュータからなる制御装置50と、塗布器10内の塗布液の圧力を計測するための圧力センサ60とを備えている。
 塗布器10について説明する。塗布器10は、図2(A)に示すように一方向に長い直線状のノズルからなり、その下端に、塗布液を吐出する一方向に長い吐出口11が設けられている。前記のとおり基板7(被塗布面8)は円形であり、吐出口11は基板7の直径D(基板7の前記一方向の最大寸法)よりも大きな幅寸法Wを有している(W>D)。このため、塗布器10(吐出口11)には、基板7が直下に存在する部分と、基板7が直下に存在しない部分とが生じ、また、これらの部分それぞれの範囲(長さ)は、基板7と塗布器10(吐出口11)との相対的な位置に応じて変化する。図2(A)は、塗布器10及び基板7を示す斜視図であり、図2(B)は、この塗布器10のうち、基板7が直下に存在する部分における断面図であり、図2(C)は、塗布器10のうち、基板7が直下に存在していない部分における断面図である。
 図2(B)(C)に示すように、塗布器10は、塗布液が溜められる溜め部13、塗布液を吐出する吐出口11、及び、溜め部13と吐出口11とを繋ぐスリット状流路12を有している。これら溜め部13、スリット状流路12及び吐出口11は、一方向(図2(B)(C)の紙面に直交する方向)に沿って長く形成されている。溜め部13は、吐出口11から吐出させる塗布液を一旦溜めるために拡大させた領域である。スリット状流路12の下端が吐出口11となっている。そして、この塗布器10では、基板7に対して吐出口11から塗布液が下向きに吐出される。後述する塗布動作の際、溜め部13、スリット状流路12は、塗布液で満たされた状態(つまり、充満状態)となる。本実施形態では、吐出口11から塗布液が吐出される方向は、下向きであるが、これに限らず、斜め下向きであってもよく、また、横向き(水平方向向き)、上向き、斜め上向きとする場合もある。
 図1において、圧力センサ60は、塗布器10に設けられており、塗布器10内の塗布液の圧力を測定するセンサである。本実施形態では、圧力センサ60の検出部(センサ部)は溜め部13において露出しており、溜め部13の塗布液の圧力(内圧)が測定される。圧力センサ60の測定結果は制御装置50に入力される。なお、以下において「塗布器10内の圧力」は、溜め部13の塗布液の圧力を意味する。
 塗布装置5は、装置基台6、及び、この装置基台6に搭載され基板7を上に載せるステージ9を備えている。ステージ9上の基板7の被塗布面8は水平となる。そして、本実施形態では、ステージ9に対して塗布器10が移動手段20によって移動可能となっている。
 移動手段20は、装置基台6に設けられているレール21、このレール21に沿って水平方向に移動する可動ブロック22、及び、可動ブロック22を移動させるリニアアクチュエータ23を備えている。そして、塗布器10は可動ブロック22に搭載されている。この移動手段20により、固定状態にあるステージ9上の基板7に対して、塗布器10が水平方向に移動可能となる。なお、移動手段20は、塗布器10と基板7とを基板7の被塗布面8に平行な方向に相対移動させる構成であればよく、図示しないが、固定状態にある塗布器10に対してステージ9(基板7)を移動させる構成であってもよい。また、移動手段20は、塗布器10を上下方向に移動させる昇降アクチュエータ24を備えている。これにより、基板7に対する塗布器10(吐出口11)の高さを調整することが可能である。移動手段20は、制御装置50によって制御され、所定の速度(具体的には一定速度)で塗布器10を水平方向に移動させることができる。
 この塗布装置5では、基板7と塗布器10(吐出口11)とを上下方向に対向させた状態で、移動手段20によってこれらを相対的に移動させ、基板7と塗布器10との間で発生する塗布液(塗布液のビード3)に働く表面張力によって塗布器10から塗布液を吐出させる。このため、細長い吐出口11に対して、図2(B)に示すように基板7が存在する部分では塗布液が吐出されるのに対して、図2(C)に示すように基板7の無い部分では塗布液の吐出がされない。これにより、円形の基板7を塗布対象とした場合に、塗布液を無駄にすることなく、必要な部分に塗膜を形成することが可能となり、塗布液の利用効率を高めている。
 図1において、ポンプ30は、塗布器10に所望の量の塗布液を供給する機能を有している。ポンプ30は、任意の流量の塗布液を精度よく送り出すことが可能であり、例えば、シリンジポンプ(定量ポンプ)である。塗布器10とポンプ30とは配管81を通じて接続されており、配管81には開閉切り換えバルブ71が設けられている。ポンプ30は、制御装置50によって制御され、単位時間当たりの塗布液の送り量が制御されて、塗布液が塗布器10に供給される。ポンプ30によって塗布器10に塗布液が供給されることで、この塗布器10の吐出口11から塗布液が吐出される。また、ポンプ30は、塗布液を供給するための動作と反対の動作を行うことで、塗布器10側の塗布液を吸引することも可能である。この吸引動作は、後に説明するが、ポンプ30への塗布液の補充、及び、制御モード(その2)の際に行われる。
 また、塗布装置5は、塗布液を溜めるタンク(第一タンク)35を更に備えている。このタンク35は、前記配管81から延長された配管83を通じてポンプ30と接続されている。配管83には開閉切り換えバルブ73が設けられている。タンク35に溜めることができる塗布液の容量は、ポンプ30の容量よりも大きく、タンク35に溜められている塗布液は、ポンプ30に補充するための塗布液となる。
 圧力付与装置40は、タンク(第二タンク)41及び圧力調整器42を含む。タンク41は、塗布液を溜めていると共に、配管82を通じて塗布器10と接続されている。配管82には開閉切り換えバルブ72が設けられており、バルブ72が開状態で、タンク41と塗布器10(溜め部13)との間で塗布液が流通可能となっている。バルブ72は、塗布器10と第二タンク41とを連通及び遮断可能とする。タンク41に溜めることができる塗布液の容量は、塗布器10の溜め部13の容量(容積)よりも大きい。
 圧力調整器42は、レギュレータからなり、タンク41の塗布液に作用させる圧力を変化させる。圧力調整器42は、制御装置50によって制御され、タンク41の塗布液の圧力(内圧)を調整する。タンク41と塗布器10とは配管82を通じて接続されていることから、タンク41の塗布液の圧力を調整することで、塗布器10(溜め部13)の塗布液の圧力を所定の圧力に制御することができる。例えば、タンク41の塗布液の圧力(ゲージ圧)を負圧に調整することで、塗布器10(溜め部13)の塗布液の圧力(ゲージ圧)を負圧にすることができる。
 このように、本実施形態では、圧力調整器42は、塗布器10内の塗布液の圧力を所定の値(負圧)に保つようにタンク41に溜めている塗布液の圧力を調整するためのものであり、これら圧力調整器42及びタンク41によって、塗布器10内の塗布液に圧力(負圧)を作用させる圧力付与装置40が構成されている。
 以上の構成を備えている塗布装置5には、塗布器10に対してそれぞれ繋がるポンプ制御ラインL1及び圧力制御ラインL2が含まれる。ポンプ制御ラインL1には、配管81,83、バルブ71,73、ポンプ30及び第一タンク35が含まれる。圧力制御ラインL2には、配管82、バルブ72、第二タンク41及び圧力調整器42が含まれる。後述する塗布動作及び液付け動作それぞれにおいて、これらポンプ制御ラインL1及び圧力制御ラインL2の一方又は双方が選択的に用いられる。
 本実施形態の塗布装置5は、塗布動作のために二つの制御モードを有しており、択一的に採用される。このために、制御装置50の記憶手段に記憶されているコンピュータプログラムには、二つの制御モードのプログラムが含まれており、選択的に実行される。なお、前記塗布動作とは、移動手段20(リニアアクチュエータ23)によって基板7と塗布器10との相対移動を行いながら、この基板7に対して吐出口11から塗布液を吐出する動作である。
 以下において、前記構成を備えている塗布装置5によって行われる塗布方法について説明する。この塗布方法には、基板7に対する塗布液の付着を開始する液付け動作が含まれており、この液付け動作に続いて塗布動作が行われる。
〔制御モード(その1)〕
 図3~図5は、塗布方法を説明する説明図である。なお、以下の説明において、ポンプ30と塗布器10との間のバルブ71を第一バルブ71と呼び、第二タンク41と塗布器10との間のバルブ72を第二バルブ72と呼び、第一タンク35とポンプ30との間のバルブ73を第三バルブ73と呼ぶ。
 図3(A)に示すように、塗布器10から塗布液の初期出しを行う(初期出し工程)。このために、第一バルブ71を開とし、ポンプ30を動作させることで吐出口11から微量の塗布液を吐出する。この初期出し工程では、塗布器10は基板7上に存在していない。
 次に、塗布器10の吐出口11の拭き取りが行われる(拭き取り工程:図3(B)参照)。この際、ポンプ30は停止した状態にある。
 次に、塗布器10の高さ位置を、ステージ9上の基板7に対して所定の位置とする。塗布器10の高さ調整は、昇降アクチュエータ24(図1参照)によって行われる。例えば、吐出口11と被塗布面8との間隔を数十μmとする。また、リニアアクチュエータ23(図1参照)によって、基板7の塗布開始位置(基板7の縁部)の直上に吐出口11が位置するように塗布器10を移動させる(準備移動工程)。
 この準備移動工程が完了するまでの間において、第二タンク41の塗布液の圧力を大気圧よりも低く設定する処理(以下、事前処理という)が行われる。
 事前処理では、圧力制御ラインL2において、第二タンク41の塗布液の圧力が所定の減圧値(所定の負圧値)に設定される。この減圧値(負圧値)は、制御装置50に設定されている値であって、塗布器10の塗布液の圧力を所定の負圧値とさせるための値である。具体的には、塗布動作を行う際において塗布器10の塗布液に生じさせる負圧値と同じ値とする。第二タンク41の塗布液の負圧(減圧)は、圧力調整器42によって行われる。以上の処理が、事前処理である。
 この事前処理により、前記準備移動工程までは、第二バルブ72は閉状態であって、この状態では第二タンク41の塗布液の圧力は、塗布器10の塗布液の圧力に影響を与えないが、後に説明するが、第二バルブ72を開くことで、第二タンク41の塗布液の負圧を、塗布器10の塗布液の圧力に作用させ、塗布器10の塗布液の圧力を瞬時に負圧にさせることができる。
 次に、ポンプ30を動作させ塗布器10に塗布液を供給する(図4(A)参照)。この際、ポンプ30による塗布液の供給量は、超少量であり、塗布動作の際の供給量よりも少ない。これにより、吐出口11から微量の塗布液が吐出される。また、ポンプ30による塗布液の供給により、塗布器10内の塗布液の圧力は上昇し、大気圧に近づく。
 そして、吐出口11から吐出された微量の塗布液が基板7に接すると(図4(B)参照)、塗布器10内の圧力が急激に低下する(大気圧より低い負圧に戻る)。これは、基板7に接した塗布液の表面張力及び毛細管減少(キャピラリー)により塗布器10内の塗布液が基板7側に引き出されるためである。
 圧力センサ60は塗布器10内の圧力を刻々と測定していることから、基板7に塗布液が接することに起因する塗布器10内の圧力低下が制御装置50において検出されると、第二バルブ72を開く(図4(C)参照)。更に、ポンプ30による塗布液の供給を停止する。これにより、前記事前処理が行われていることと協働して、塗布器10の塗布液は、第二タンク41の塗布液の圧力の影響を受け、塗布器10の塗布液の圧力は負圧となる。この結果、塗布器10から塗布液が流出し続けるのを防ぐことができ、基板7と吐出口11との間に塗布液によるビード3が形成される(図4(C)参照)。
 以上の図4(A)~(C)に示す工程が、前記液付け動作(液付け工程)であり、この液付け動作では、前記のとおり、制御装置50によって次の制御が行われる。つまり、基板7に対する塗布液の付着を開始する液付け動作のために、ポンプ30により塗布液を塗布器10に供給し、この供給により塗布器10内の塗布液の圧力を高めた後、この圧力の低下が圧力センサ60によって検出されると、ポンプ30による塗布液の供給を停止する。更に本実施形態では、第二バルブ72により塗布器10と第二タンク41との連通を遮断している状態(つまり、第二バルブ72が閉状態)で、ポンプ30により塗布液を塗布器10に供給してから、圧力センサ60によって圧力の低下が検出されると、ポンプ30による塗布液の供給を停止すると共に、第二バルブ72を動作させて(つまり、第二バルブ72を開いて)第二タンク41と塗布器10とを連通させる。
 この液付け動作によれば、ポンプ30から塗布器10に塗布液の供給を行うと、一旦、塗布器10内の塗布液の圧力が高まり、これにより、吐出口11から塗布液が吐出される。そして、塗布液が基板7に接すると、塗布液の表面張力によって塗布器10内の塗布液を更に引き出そうとし、これにより、塗布器10内の圧力が低下する。そこで、この圧力の低下が圧力センサ60によって検出されると、ポンプ30による塗布液の供給を停止することで、液付け動作の際に過剰な塗布液が基板7に付着するのを防ぐことが可能となる。更に、第二バルブ72を開いて第二タンク41と塗布器10とを連通させることで、吐出口11から吐出された塗布液が基板7に付着した後において、塗布器10内の塗布液の圧力を一定値(負圧)に保つことが可能となる。
 以上のように液付け動作され、第二タンク41の塗布液の圧力の影響によって、塗布器10内の塗布液の圧力が負圧になると(両者の圧力が等しくなると)、第二バルブ72を閉じる。そして、図5(A)に示すように、塗布動作(塗布工程)が行われる。この工程では、移動手段20(リニアアクチュエータ23)により塗布器10の水平方向の移動を開始させると共に、ポンプ30による塗布液の供給が開始される。そして、塗布器10を水平方向に移動させながら、ポンプ30による塗布液の供給が行われる。
 本実施形態では、塗布器10の移動速度は一定である。ここで、基板7は円形であることから、前記のとおり(図2参照)、塗布器10(吐出口11)には、基板7が直下に存在する部分と、基板7が直下に存在していない部分とが生じており、また、これらの部分それぞれの範囲は、基板7と塗布器10との相対的な位置に応じて変化する。そして、細長い吐出口11に対して、図2(B)に示すように基板7が存在する部分では塗布液が吐出されるのに対して、図2(C)に示すように基板7の無い部分では塗布液の吐出がされない。
 したがって、塗布器10を一定速度で移動させて塗布液を円形の基板7に対して塗布し、一定の膜厚の塗膜を基板7上に形成するためには、吐出口11から吐出させるべき塗布液の量が、基板7に対する塗布器10の位置に応じて異なる。そこで、ポンプ30から、塗布液を一定量送り出すのではなく、一定の膜厚の塗膜を基板7上に形成するために必要となる量を送り出す制御(定量吐出制御)が行われる。つまり、ポンプ30から送り出される塗布液の量は、基板7の幅方向の変化(形状変化)に応じて変化する塗布液量(前記必要となる量)に相当する量とする。なお、基板7の前記幅方向は、塗布器10(吐出口11)の長手方向と一致する方向である。
 前記のようにしてポンプ30から送り出される塗布液の量は、制御装置50の記憶手段に記憶されているコンピュータプログラムに設定される。つまり、コンピュータプログラムには、塗布器10と基板7との相対的な位置と、その位置での塗布液の吐出量(供給量)とが対応付けられたデータが含まれており、このデータに基づいて、制御装置50がポンプ30及び移動手段20を動作させる。これにより、圧力センサ60の計測値を用いなくても、設定された量の塗布液が塗布器10から吐出され、一定の膜厚を基板7上に形成することが可能となる。なお、位置に基づく前記吐出量は、形成する塗膜に応じて予め求められた値であり、塗膜によって変わる。
 また、塗布動作開始の際には、前記事前処理が実行され、塗布器10内の塗布液の圧力は負圧にされており、そして、吐出口11から吐出される塗布液量についてポンプ30から塗布器10へ補給されるので、塗布器10内の圧力は、塗布動作の間、負圧のまま一定値に維持される。
 以上のように、制御モード(その1)では、塗布動作の際、制御装置50により、次の制御が行われる。つまり、塗布動作の際、吐出口11から吐出されることで消費される塗布液の量に応じた塗布液を、ポンプ30から塗布器10に供給するための制御が行われる。この制御により、塗布器10内の塗布液を負圧に維持しつつ、所望の均一厚さの塗膜を基板7(被塗布面8)上に形成するキャピラリー塗布の制御が容易となる。
 そして、図5(B)に示すように、基板7の塗布終了位置(基板の縁部)に塗布器10(吐出口11)が到達すると、ポンプ30による塗布液の供給が停止される。
 供給が停止されると、図示しないが、塗布器10を昇降アクチュエータ24によって上昇させ、第一バルブ71を閉じ、第三バルブ73を開く。そして、ポンプ30は、第一タンク35の塗布液を吸引して補充し、次の塗布に備える。また、塗布液が塗布された基板7は、ステージ9から取り外され、乾燥機に運ばれる。
 以上より、制御モード(その1)では、塗布により消費される塗布液をポンプ30により供給する制御が行われる。この制御の際、圧力制御ラインL2の第二バルブ72が閉の状態にあり、ポンプ制御ラインL1のポンプ30のみによる液供給となる。ポンプ30は、予め設定された塗布器10からの塗布液の吐出量に応じた分だけ、塗布器10に塗布液を供給する。この際、塗布器10へ供給する塗布液量は、毛細管現象及び塗布動作により基板7と塗布器10との間の塗布液のビード3に生じるせん断力によって塗布器10の外に引き出されようとする塗布液の量より少なめに設定されており、これにより、吐出を抑制しながらの供給となる。この結果、ポンプ30によって塗布液が供給されているが、塗布器10内には、塗布液を外へ引き出そうとする力が吐出口11より働き、塗布器10内の塗布液は負圧の状態に保たれる。
〔制御モード(その2)〕
 塗布器10から塗布液の初期出しを行う初期出し工程、塗布器10の吐出口11の拭き取りが行われる拭き取り工程、及び、基板7の塗布開始位置(基板7の縁部)の直上に吐出口11が位置するように塗布器10を移動させる準備移動工程は、前記制御モード(その1)における、初期出し工程(図3(A))、拭き取り工程(図3(B))、及び、準備移動工程(図3(C))と同様に行われる。
 また、準備移動工程が完了するまでの間において、前記事前処理を行う点も、制御モード(その1)と同様である。
 そして、基板7に対する塗布液の付着を開始する液付け動作(液付け工程)が、開始される。この液付け動作は、図4(A)~(C)に示す制御モード(その1)の液付け動作(液付け工程)と同様である。
 制御モード(その1)と同様である点についての説明は、ここでは省略する。
 液付け動作が完了すると、基板7と吐出口11との間に塗布液によるビード3が形成される(図4(C)参照)。液付け動作が行われ、第二バルブ72を開いて第二タンク41と塗布器10とを連通させることで、吐出口11から吐出された塗布液が基板7に付着した後において、塗布器10内の塗布液の圧力が一定値(負圧)に保たれる。
 第二タンク41の塗布液の圧力の影響によって、塗布器10内の塗布液の圧力が負圧になると、前記制御モード(その1)では第二バルブ72を閉じるが(図5(A)参照)、制御モード(その2)では第二バルブ72は開状態を維持する(図6(A)参照)。そして、塗布動作(塗布工程)が行われる。この工程では、移動手段20(リニアアクチュエータ23)による塗布器10の水平方向の移動を開始させると共に、第二タンク41の塗布液の圧力を制御することでこの第二タンク41と繋がっている塗布器10の塗布液の圧力を一定値(一定の負圧値)に保ち、更に、ポンプ30により塗布器10へ塗布液の供給が可能となる状態になる。つまり、移動手段20により塗布器10を水平方向に移動させながら、第二タンク41及び圧力調整器42による圧力制御と、ポンプ30による塗布液の供給が行われる供給制御とが、制御装置50によって行われる。
 塗布動作において行われる前記圧力制御は、第二タンク41の塗布液の圧力を設定値に保つことで、塗布器10の塗布液の圧力が所定(一定)の負圧値となるようにする制御である。
 また、塗布動作において行われる前記供給制御は、圧力センサ60の計測値に基づくフィードバック制御である。すなわち、制御装置50は、圧力センサ60の計測値の変化を刻々と検出し、この変化量が閾値(許容値)を越えた場合、ポンプ30による塗布液の供給又は吸引を行う。具体的に説明すると、圧力センサ60による計測値が低下してその変化量が閾値を越えた場合、塗布液を供給する動作を行い、計測値が上昇してその変化量が閾値を越えた場合、塗布液を吸引する動作を行う。このように、制御装置50は、ポンプ30による塗布液の供給又は吸引の調整動作を行うことで、塗布器10の塗布液の圧力をより一層安定させる。
 また、制御モード(その2)においても、塗布器10の移動速度は一定である。ここで、基板7は円形であることから、前記のとおり(図2参照)、塗布器10(吐出口11)には、基板7が直下に存在する部分と、基板7が直下に存在していない部分とが生じており、また、これらの部分それぞれの範囲は、基板7と塗布器10との相対的な位置に応じて変化する。そして、細長い吐出口11に対して、図2(B)に示すように基板7が存在する部分では塗布液が吐出されるのに対して、図2(C)に示すように基板7の無い部分では塗布液の吐出がされない。
 したがって、塗布器10を一定速度で移動させて塗布液を円形の基板7に対して塗布し、一定の膜厚を基板7上に形成するためには、吐出口11から吐出させるべき塗布液の量が、基板7に対する塗布器10の位置に応じて異なる。そこで、ポンプ30から、塗布液を一定量送り出すのではなく、一定の膜厚の塗膜を基板7上に形成するために必要となる量を送り出す制御が行われる。更に、この制御モード(その2)では、前記のとおり、圧力センサ60の測定値に基づいてポンプ30による塗布液の供給又は吸引の制御が行われ、塗布器10内の圧力を調整している(一定としている)。つまり、ポンプ30から送り出される塗布液の量は、基板7の幅方向の変化(形状変化)に応じて変化する塗布液量(前記必要となる量)に相当する量と、圧力センサ60の測定値に基づく制御を行うことで塗布液を供給又は吸引する塗布液量との和になる。
 前記制御モード(その1)では、ポンプ30から送り出される塗布液の量は、制御装置50に予め記憶されているコンピュータプログラムに設定されるが、制御モード(その2)では、ポンプ30から送り出される塗布液の量は、圧力センサ60の測定値に応じて刻々と変化することになる。
 以上のように、塗布動作の際、制御装置50により、次の制御が行われる。つまり、塗布動作の際、塗布器10内の塗布液を負圧に維持するために圧力付与装置40(第二タンク41及び圧力調整器42)によって塗布器10内の塗布液の圧力制御が行われると共に、圧力センサ60の測定結果に基づいて、ポンプ30による塗布液の供給及び吸引を含む調整制御が行われる。
 なお、塗布動作開始の際には、前記事前処理が実行され、塗布器10の塗布液の圧力は負圧にされており、そして、塗布動作が開始されても、圧力付与装置40によって塗布器10の負圧が維持され、また、圧力センサ60の測定結果に基づいてポンプ30による制御も行われることから、塗布器10の塗布液の圧力は、負圧のまま一定値に維持される。
 この制御により、塗布器10内の圧力(負圧)を一定に保つための圧力制御が行われ、均一厚さの塗膜を基板7(被塗布面8)上に形成するキャピラリー塗布の制御が容易となる。
 そして、本実施形態では、図6(B)に示すように、ステージ9上には基板7の他に、この基板7の縁部(塗布終了側の縁部)に隣接してダミー板65が設けられており、塗布器10は、基板7に沿って移動して基板7の塗布終了位置(基板7の縁部)を通過し、ダミー板65に到達するまで、塗布液を吐出し続ける。そして、塗布器10(吐出口11)がダミー板65の所定位置に到達すると、ポンプ30による塗布液の調整(吐出)が停止されると共に、第二バルブ72を閉じる。
 そして、図示しないが、塗布器10を昇降アクチュエータ24によって上昇させ、第一バルブ71を閉じ、第三バルブ73を開く。そして、ポンプ30は、第一タンク35の塗布液を吸引して補充し、次の塗布に備える。また、塗布液が塗布された基板7は、ステージ9から取り外され、乾燥機に運ばれる。
 なお、ダミー板65を省略して制御モード(その1)のようにして塗布動作を終了させてもよく、また、制御モード(その1)においてダミー板65を採用してもよい。
 この制御モード(その2)では、ポンプ制御ラインL1の第一バルブ71と圧力制御ラインL2の第二バルブ72との双方を開の状態として制御が行われる。塗布動作しながら塗布器10に設けられている圧力センサ60により圧力の低下が検知されると、ポンプ30により塗布器10に微量の液供給を行うことで、塗布器10内の圧力を元の設定値に戻すことができる。この操作を短時間にフィードバック制御することで、塗布器10内の圧力を一定に保つことができる。
 なお、ポンプ30による液供給量については、予測される塗布液の消費に応じた量としてもよいが、更に、設定した液供給量と実際の液消費量との差異が生じた際にフィードバック制御して調整した値とするのが好ましい。
〔制御モード(その1)及び(その2)〕
 前記構成を備えている塗布装置5では、制御装置50は、塗布条件に応じて、ポンプ制御ラインL1及び圧力制御ラインL2の一方又は双方を選択的に採用することができる。つまり、塗布条件に応じて、制御モード(その1)又は制御モード(その2)が択一的に選択される。塗布条件としては、例えば、基板7に形成する膜厚や、塗布速度(塗布器10の移動速度)等がある。
 制御モード(その1)及び(その2)それぞれにおいて行われる液付け動作(塗布開始時の着液方法)について更に説明する。図4(A)に示すように、圧力制御ラインL2の第二バルブ72を閉、ポンプ制御ラインL1の第一バルブ71を開とした状態で、ポンプ30からの塗布液の供給により、塗布器10から微量な塗布液をゆっくりと吐出させる。この際、塗布器10内の圧力は負圧状態から正圧方向に変化する。そして、塗布器10から吐出された塗布液が基板7に付着すると(図4(B)参照)、塗布器10と基板7との間をつなぐ塗布液(ビード3)が表面張力により塗れ広がろうとすることで、塗布器10から塗布液を引き出そうとする力が発生する。この力により、塗布器10内の圧力が負圧方向に変化する。このような塗布器10内の圧力変化を圧力センサ60により検知すると、圧力制御ラインL2及びポンプ制御ラインL1における切り替えを次のように行う。
 すなわち、塗布器10内の圧力変化をもとに、ポンプ30を停止し、圧力制御ラインL2の第二バルブ72を開とする(図4(C)参照)。これにより、塗布器10内の圧力は予め圧力制御ラインL2(第二タンク41)により設定された圧力となる。この際、前記圧力変化からポンプ30による塗布液の供給停止までの時間、及び、前記圧力変化から第二バルブ72を開くまでの時間を、タイマーにより設定した所定の時間とする制御を行うことで、塗布開始時に塗布器10から吐出される塗布液の量を制御することができる。
 第二バルブ72を開とした後、ポンプ30により塗膜厚制御を行う場合(制御モード(その1))、再び、第二バルブ72を閉とし、ポンプ30により塗布液の供給が行われる。圧力制御により塗膜厚制御を行う場合(制御モード(その2))、そのままの第二バルブ72を開の状態とし、設定圧力に応じた圧力一定制御が行われる。
 さらに、基板7の塗布開始部において塗布液を着液する際、ポンプ30により塗布液の供給を行うことで、毛細管現象により塗布器10の外に吐出されようとする塗布液の量を必要最小限に抑制している。また、塗布液の着液タイミングを塗布器10の圧力変化から検知することにより、少量の塗布液吐出でも確実に着液させることができ、安定した塗布開始部の膜厚を得ることが可能となる。
 以上のように、前記二つの制御モードそれぞれにおいて、制御装置50は、塗布動作の際、塗布器10内の塗布液を負圧に維持した状態でポンプ30から塗布液を塗布器10に供給するための制御を行う。この構成によれば、塗布動作の際、塗布器10に供給する塗布液の量をポンプ30により所定の量に制御することができ、また、塗布器10から基板7に吐出された塗布液の表面張力及び毛細管現象により吐出口11から塗布器10外に吐出されようとする塗布液の量を抑制することができる。したがって、吐出口11から塗布液を下向きに吐出して、所望の厚さ(均一厚さ)の塗膜を基板7(被塗布面8)上に形成することが可能となるキャピラリー塗布を行うことができる。
 そして、このような塗布装置5が実行する塗布方法(キャピラリー塗布)を、製品の製造方法に適用することで、全面にわたって均一な膜厚を有する塗膜が形成された高品質の製品を、安定して製造することが可能となる。
〔適用条件〕
 以上説明した塗布装置5に適用可能となる塗布液としては、粘度が1~100000mPa・Sであり、ニュートニアンであることが塗布性から好ましいが、チキソ性を有する塗布液にも適用できる。具体的に適用できる塗布液の例としては、カラーフィルター用のブラックマトリックス、RGB色画素形成用塗布液の他、レジスト液、オーバーコート材、柱形成材料等や、半導体用の粘着層用塗布液、平坦化用塗布液、保護膜用塗布液、レジスト液、着色層用塗布液、蛍光発光層用塗布液、TFT用ポジレジスト等、等がある。
 基板(被塗布部材)7としては、シリコンウエハやガラスの他にアルミ等の金属板、セラミック板、フィルム等を用いてもよい。基板(被塗布部材)7の形状は、矩形形状であってもよく、また、円形等の非矩形形状であってもよい。更に複数の非矩形形状の基板を、塗布器10の長手方向に沿って並列配置することで、これら基板7に対して同時に塗布してもよい。さらに使用する塗布条件としては、塗布速度が0.1~100mm/秒、より好ましくは0.5~20mm/秒、塗布器10の吐出口11と基板7の被塗布面8との間の隙間(スリット間隙)は50~1000μm、より好ましくは100~500μm、塗布厚さはウエット状態で0.5~100μm、より好ましくは1~50μmである。
〔実施例1〕
 制御モード(その1)を採用した場合の実施例について説明する。
 図1に示す塗布装置5により、直径φ100×厚さ0.53mmの円形シリコンウエハに対してポリイミドを塗布した。ポリイミドは粘度4400mPa・sで、固形分濃度19%のものであった。塗布器10として、吐出口11の塗布幅方向(長手方向、Y方向)の長さが150mm、吐出口11の間隙(X方向長さ)が0.4mmのものを用いた。この塗布器10の溜め部13の塗布液の圧力を測定するために圧力センサ60を設けた。
 そして、ポンプ30による吐出量制御で、ウエット膜厚が40μmとなるよう、塗布幅変化に応じた吐出量を定め、塗布開始時の塗布器10内の圧力を-20Pa(ゲージ圧)、塗布速度0.5mm/秒の条件で塗布を行った。
 塗布した基板7を、150℃のホットプレートで10分間乾燥させた。乾燥後に塗布状況を観察したところ、φ100の面領域全面に厚さ8μmの塗膜が形成されており、塗布外周部の2mm範囲を除いた直径96mm以内の範囲で、膜厚むらが±3%以下と良好であった。
〔実施例2〕
 制御モード(その2)を採用した場合の別の実施例について説明する。
 図1に示す塗布装置5により、直径φ100×厚さ0.53mmの円形シリコンウエハに対してカラーレジストを塗布した。カラーレジストは粘度4mPa・sで、固形分濃度15%のものであった。塗布器10として、吐出口11の塗布幅方向(長手方向、Y方向)長さが150mm、吐出口11の間隙(X方向長さ)が0.2mmのものを用いた。この塗布器10の溜め部13の塗布液の圧力を測定するために圧力センサ60を設けた。
 そして、定圧制御による吐出量制御として、塗布器10内の圧力変動の補正をポンプ30によって実施した。
 塗布開始時の塗布器10内の圧力を-180Pa(ゲージ圧)、塗布速度2mm/秒の条件で、吐出圧の変動が閾値として5Pa以内となるようポンプ30についてフィードバック制御を行いつつ塗布動作を行った。
 塗布した基板7について、25秒で65Paに到達する真空乾燥を60秒行ってから、120℃のホットプレートで10分間さらに乾燥させた。
 乾燥後に塗布状況を観察したところ、φ100の面領域全面に厚さ800nmの塗膜が形成されており、塗布外周部の2mm範囲を除いた直径96mm以内の範囲で、膜厚むらが±3%以下と良好であった。
 本実施形態のように塗布器10(吐出口11)から塗布液を吐出する方向を下向きとする場合(下向きキャピラリー塗布の場合)、塗布器10内の塗布液を負圧にすることの意義は、次の(1)(2)にある。
 (1)塗布器10内の塗布液が(自重によって)自由に吐出口11から流れ出ないようにするため。
 (2)基盤7上に形成される膜厚を調整するため。
 なお、塗布液の吐出方向が上向き(斜め上向きを含む。)となるように塗布装置5を構成してもよい。この場合(上向きキャピラリー塗布の場合)図示しないが(図1を参考にして説明すると)吐出口11が下向きの場合と同じ状態で、吐出口11とその上方の基板7との間に塗布液のビードを形成し、吐出口11付近(スリット状流路12)の塗布液が負圧となるようにする。この動作の際、圧力調整器42によりタンク41に加える圧力値は、吐出口11付近の塗布液が所定の負圧となることをもとに算出した圧力値であり、負圧でなくとも良い。そして、この状態で塗布動作を行う。つまり、塗布動作の際、塗布器10内の吐出口11付近の塗布液を負圧にしつつポンプ30から塗布液を塗布器10に供給するための制御が、制御装置50によって実行される。具体的には、吐出口11から吐出される塗布液の量に応じた塗布液をポンプ30から塗布器10に供給する制御を行う。つまり、前記制御モード(その1)に基づく塗布動作が行われる。そして、この制御装置50は、塗布器10内の吐出口11付近の塗布液を負圧に維持するために圧力付与装置40によって塗布器10内の塗布液の圧力制御を行うと共に、圧力センサ60の測定結果に基づいてポンプ30による塗布液の調整制御を行う機能も有している。つまり、前記制御モード(その2)に基づく塗布動作を行うこともできる。なお、この上向きキャピラリー塗布の場合、塗布器10内の吐出口11付近の塗布液を負圧にすることの意義は、前記(2)にある。
〔付記〕
 今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
 前記実施形態では、被塗布部材を枚葉状の基板7としたが、枚葉状ではなく連続した部材であってもよい。
 5:塗布装置      7:基板(被塗布部材)     8:被塗布面
 10:塗布器      11:吐出口          12:スリット状流路
 13:溜め部      20:移動手段         30:ポンプ
 35:第一タンク    40:圧力付与装置       41:第二タンク
 42:圧力調整器    50:制御装置         60:圧力センサ
 71:第一バルブ    72:第二バルブ        73:第三バルブ
 81:配管       82:配管           83:配管

Claims (10)

  1.  塗布液が溜められる溜め部、塗布液を吐出する吐出口、及び、前記溜め部と前記吐出口とを繋ぐスリット状流路を有し、被塗布部材に対して当該吐出口から塗布液を吐出する塗布器と、
     前記塗布器と前記被塗布部材とを当該被塗布部材の被塗布面に平行な方向に相対移動させる移動手段と、
     前記塗布器に塗布液を供給するポンプと、
     前記相対移動を行いながら前記被塗布部材に対して前記吐出口から塗布液を吐出する塗布動作の際、前記塗布器内の塗布液を負圧にしつつ前記ポンプから塗布液を前記塗布器に供給するための制御を行う制御装置と、
     を備える塗布装置。
  2.  前記制御装置は、前記塗布動作の際、前記吐出口から吐出される塗布液の量に応じた塗布液を前記ポンプから前記塗布器に供給する制御を行う、請求項1に記載の塗布装置。
  3.  前記塗布器内の塗布液に圧力を作用させる圧力付与装置と、
     前記塗布器内の塗布液の圧力を測定する圧力センサと、を更に備え、
     前記制御装置は、前記塗布器内の塗布液を負圧に維持するために前記圧力付与装置によって前記塗布器内の塗布液の圧力制御を行うと共に、前記圧力センサの測定結果に基づいて前記ポンプによる塗布液の調整制御を行う、請求項1又は2に記載の塗布装置。
  4.  前記制御装置は、前記被塗布部材に対する塗布液の付着を開始する液付け動作のために、前記ポンプにより塗布液を前記塗布器に供給し、当該供給により前記塗布器内の塗布液の圧力を高めた後、当該圧力の低下が検出されると、前記ポンプによる塗布液の供給を停止する、請求項1~3のいずれか一項に記載の塗布装置。
  5.  前記塗布器と配管を通じて接続され塗布液を溜めているタンクと、前記塗布器内の塗布液の圧力を所定の値に保つように前記タンクに溜めている塗布液の圧力を調整するための圧力調整器と、前記塗布器と前記タンクとを連通及び遮断可能とするバルブと、を更に備え、
     前記制御装置は、前記バルブにより前記塗布器と前記タンクとの連通を遮断している状態で、前記ポンプにより塗布液を前記塗布器に供給してから、前記圧力の低下が検出されると、前記ポンプによる塗布液の供給を停止すると共に、前記バルブを動作させて前記タンクと前記塗布器とを連通させる、請求項4に記載の塗布装置。
  6.  塗布液が溜められる溜め部、塗布液を吐出する吐出口、及び、前記溜め部と前記吐出口とを繋ぐスリット状流路を有する塗布器の当該吐出口から、被塗布部材に対して塗布液を吐出してキャピラリー塗布を行うための方法であって、
     前記塗布器と前記被塗布部材とを当該被塗布部材の被塗布面に平行な方向に相対移動させながら、当該被塗布部材に対して前記吐出口から塗布液を吐出する塗布動作を行い、
     前記塗布動作の際、前記塗布器内の塗布液を負圧にしつつ当該塗布器と繋がるポンプから塗布液を当該塗布器に供給する、塗布方法。
  7.  前記塗布動作の際、前記吐出口から吐出される塗布液の量に応じた塗布液を前記ポンプから前記塗布器に供給する、請求項6に記載の塗布方法。
  8.  前記塗布器内の塗布液の圧力が圧力センサによって測定され、
     前記塗布器内の塗布液を負圧に維持するために当該塗布器内の塗布液の圧力制御を行うと共に、前記圧力センサの測定結果に基づいて前記ポンプによる塗布液の調整制御を行う、請求項6又は7に記載の塗布方法。
  9.  前記被塗布部材に対する塗布液の付着を開始する液付け動作のために、前記ポンプにより塗布液を前記塗布器に供給し、当該供給により前記塗布器内の塗布液の圧力を高めた後、当該圧力の低下を検出すると、前記ポンプによる塗布液の供給を停止する、請求項6~8のいずれか一項に記載の塗布方法。
  10.  前記塗布器には、塗布液を溜めているタンクが配管を通じて接続されていると共に、当該塗布器と当該タンクとを連通及び遮断可能とするバルブが設けられており、
     前記塗布器内の塗布液の圧力を所定の値に保つように前記タンクに溜めている塗布液の圧力が、圧力調整器によって調整可能であり、
     前記バルブにより前記塗布器と前記タンクとの連通を遮断している状態で、前記ポンプにより塗布液を前記塗布器に供給してから、前記圧力の低下を検出すると、前記ポンプによる塗布液の供給を停止すると共に、前記バルブを動作させて前記タンクと前記塗布器とを連通させる、請求項9に記載の塗布方法。
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