(57)【要約】      （修正有）【課題】塗布膜形成装置は、ウエット成膜における塗布有効領域の拡大を目的とする。【解決手段】塗布膜形成装置は、塗布ヘッドに形成されたスリット状の開口部から塗布基板に塗布液を吐出するとともに、スリット状開口部の長手方向に直行する方向に相対移動させて塗布を行う塗布部と、塗布基板を装着するトレイ部と塗布基板を覆い包む蓋部とで構成される塗布基板搬送チャンバーと、そのチャンバー内の雰囲気に流れを起こす気流発生装置とを備えた事を特徴としている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布ヘッドに形成されたスリット状の開口部から塗布基板に塗布液を吐出するとともに、該塗布ヘッドと該塗布基板を塗布ヘッドのスリット状の開口部の長手方向に直交する方向に相対移動させて塗布を行なう塗布部と、該塗布基板に塗布された塗布膜を乾燥固化させる乾燥部とを備える塗布膜形成装置において、
該塗布基板を装着するトレイ部と該塗布基板を覆い包む蓋部とにより塗布基板搬送チャンバーを構成し、該塗布基板搬送チャンバーは、該塗布基板搬送チャンバー内に気流を発生させる気流発生装置を備えていることを特徴とする塗布膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の基材上に液状物を塗布して膜を形成する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、任意の基材上に液状物を塗布して膜を形成する方法として、スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドから液状物を吐出するスリットコート法が知られている。スリットコート法によって液状物を任意の領域に塗布した際、その液状物に含まれる揮発成分を自然放置の状態で、もしくは熱エネルギー等を与えて高速に揮発させると、塗布領域の端部において厚膜となる（以降、厚膜端部）現象が現れる。
【０００３】
この厚膜端部現象は、塗布領域全体の中で特に端部において塗布材料中に含まれる揮発成分の揮発速度が大きいためにその途中で表面張力が大きくなり、そこに周りの材料が集まってくるために発生することが知られている。
【０００４】
厚膜端部現象により、厚みが許容範囲を逸脱する場合には、その厚膜部の内側を有効領域とせざるを得ず、塗布基板、および塗布材料の使用効率が悪くなるため、結果的にプロセスコストが増大することとなる。
【０００５】
またフォトリソレジスト材等を塗布し、次にマスクを使った露光現像を行なう場合、厚膜部と平坦部との高さが大きいと必要な精度の露光が実現できない事がある。そういった場合には、厚膜部を削る等のプロセスを追加することもあり、更にプロセスコストが増大することになる。
【０００６】
この厚膜端部が発生しないようにするための対策として、「複数回塗り」「粘度が小さい補助液を端部に供給」「端部への電界印加」「端部への超音波印加」等が施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記複数回塗りを用いた場合、１回あたりの塗布膜厚を小さくすると中央部と端部とで揮発速度の差は小さくなり厚膜端部になりにくくなる。よって複数回塗って必要な膜厚を実現すれば膜厚の有効領域を広げることが出来る。しかしながらこの方法では、自ずとタクトタイムが長くなるという問題があった。
【０００８】
また、塗布する際、端部に粘度が小さい補助液を供給する事で厚膜化を防ぐ方法も考えられ、これによって表面張力勾配による面内方向の流れが小さくなるという利点があるが、塗布膜の膜質そのものに影響を与えない補助液を選ぶ必要がある。
【０００９】
さらに、揮発が進行しても表面張力を大きくしない方法として電界や超音波を与える方法もあるが、電場や超音波を発生させる装置が必要となり、プロセスコストが増大する。
【００１０】
以上のように厚膜端部現象を解消するためさまざまな手法が試されたが、対象となる塗布基板、塗布材料によって利用できない方法もあり、また２次的、３次的なプロセスを必要であることからプロセスコストが増大することになっていた。
【００１１】
本発明は前述した問題点を鑑みてなされたものであり、前記したいかなる状況においても汎用的に利用でき、しかも可能な限りプロセスコストを抑えた方法であって、スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドによって液状物を任意の領域に塗布した際に現れる塗布領域端部の厚膜部を解消し、かつ成膜部の有効領域を拡大することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前術した課題を解決するため本発明は、塗布ヘッドに形成されたスリット状の開口部から塗布基板に塗布液を吐出するとともに、該塗布ヘッドと該塗布基板を塗布ヘッドのスリット状の開口部の長手方向に直交する方向に相対移動させて塗布を行なう塗布部と、該塗布基板に塗布された塗布膜を乾燥固化させる乾燥部とを備える塗布膜形成装置において、該塗布基板を装着するトレイ部と該塗布基板を覆い包む蓋部とにより塗布基板搬送チャンバーを構成し、該塗布基板搬送チャンバーは、該塗布基板搬送チャンバー内に気流を発生させる気流発生装置を備えている塗布膜形成装置を提供している。
【００１３】
この場合、塗布基板搬送チャンバーは、トレイと蓋部とが分離すること、および蓋部の一部に周りの雰囲気と連通する開口部が空いていることが好ましい。
【００１４】
また塗布基板搬送チャンバーのトレイ部に、これに装着された塗布基板に熱エネルギーを供給して塗布液体の乾燥固化を行なうための加熱機能を持っていても良い。
【００１５】
さらに、気流発生装置は、前記チャンバー内の気流の風速、風量を制御する機能を有することが好ましい。また、気流を発生させる場合、塗布液体の乾燥固化を促進させるための温風供給機能を持っていても良い。
【００１６】
また本発明は、塗布ヘッドに形成されたスリット状の開口部から塗布基板に塗布液を吐出して塗布膜を形成する塗布工程と、該塗布膜を塗布基板上に乾燥固定する乾燥工程とを有する塗布膜形成方法において、該塗布工程は、該塗布ヘッドと該塗布基板を塗布ヘッドのスリット状の開口部の長手方向に直交する方向に相対移動させて塗布を行なうと同時に、該塗布基板を覆い包む蓋部を、該塗布基板に対して該塗布ヘッドのスリット状の開口部の長手方向に直交する方向に相対移動させ、塗布膜の形成された領域を随時覆い包んでだ状態で、塗布基板搬送チャンバーを形成し、該塗布基板搬送チャンバー内に気流を発生させていること塗布膜形成方法を提案している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施態様例を示す。
【００１８】
（実施態様例１）
塗布ヘッドに形成されたスリット状の開口部から塗布基板に塗布液を吐出するとともに、該塗布ヘッドと該塗布基板を塗布ヘッドのスリット状の開口部の長手方向に直交する方向に相対移動させて塗布を行なう塗布部と、該塗布基板に塗布された塗布膜を乾燥固化させる乾燥部とを備える塗布膜形成装置において、該塗布基板を装着するトレイ部と該塗布基板を覆い包む蓋部とにより塗布基板搬送チャンバーを構成し、該塗布基板搬送チャンバーは、該塗布基板搬送チャンバー内に気流を発生させる気流発生装置を備えていることを特徴とする塗布膜形成装置。
【００１９】
（実施態様例２）
前記塗布基板搬送チャンバーのトレイ部と蓋部とは、スリット状の開口部の長手方向に直交する方向に相対移動可能であることを特徴とする実施態様例１に記載の塗布膜形成装置。
【００２０】
（実施態様例３）
前記気流発生装置は、基板搬送チャンバーの上面と、側面に配置されていることを、特徴とする実施態様例１または２に記載の塗布膜形成装置。
【００２１】
（実施態様例４）
前記気流発生装置は、基板搬送チャンバーの上面に配置され、基板搬送チャンバーの側面には、開口部が形成されていることを特徴とする実施態様例１または２に記載の塗布膜形成装置。
【００２２】
（実施態様例５）
前記塗布基板搬送チャンバーのトレイ部には、装着された塗布基板に熱エネルギーを供給する加熱機能が配置されていることを特徴とする実施態様例１ないし４のいずれか１つに記載の塗布膜形成装置。
【００２３】
（実施態様例６）
前記気流発生装置が、前記チャンバー内の気流の風速、風量を制御する機能を有することを特徴とする実施態様例１ないし４のいずれか１つに記載の塗布膜形成装置。
【００２４】
（実施態様例７）
前記気流発生装置が、前記チャンバー内に温風を供給する機能を有することを特徴とする実施態様例１ないし４のいずれか１つに記載の塗布膜形成装置。
【００２５】
（実施態様例８）
塗布ヘッドに形成されたスリット状の開口部から塗布基板に塗布液を吐出して塗布膜を形成する塗布工程と、該塗布膜を塗布基板上に乾燥固定する乾燥工程とを有する塗布膜形成方法において、該塗布工程は、該塗布ヘッドと該塗布基板を塗布ヘッドのスリット状の開口部の長手方向に直交する方向に相対移動させて塗布を行なうと同時に、該塗布基板を覆い包む蓋部を、該塗布基板に対して該塗布ヘッドのスリット状の開口部の長手方向に直交する方向に相対移動させ、塗布膜の形成された領域を随時覆い包んでだ状態で、塗布基板搬送チャンバーを形成し、該塗布基板搬送チャンバー内に気流を発生させていることを特徴とする塗布膜形成方法。
【００２６】
（実施態様例９）
前記塗布工程において、前記気流発生装置は、前記塗布基板搬送チャンバー内に発生させる気流の風速、風量を制御することを特徴とする実施態様例８に記載の塗布膜形成方法。
【００２７】
（実施態様例１０）
前記乾燥工程において、前記気流発生装置は、前記塗布基板搬送チャンバー内に発生させる気流の風速、風量を制御することを特徴とする実施態様例８に記載の塗布膜形成方法。
【００２８】
（実施態様例１１）
前記乾燥工程において、前記気流発生装置は、前記塗布基板搬送チャンバー内に温風を供給して乾燥固化を行なうことを特徴とする実施態様例８に記載の塗布膜形成方法。
【００２９】
（実施態様例１２）
前記乾燥工程において、前記塗布基板搬送チャンバーのトレイ部に装着された、塗布基板に熱エネルギーを供給する手段により乾燥固化を行なうことを特徴とする塗布膜形成方法。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
本実施例の塗布膜形成装置の全体の構成の概略図を図１に、装置の構成要素の一つである塗布ヘッドの概略構成図を図２に示す。図２は塗布ヘッドの構造の理解を容易にするため透視図となっている。
【００３１】
図中１３は塗布膜形成装置ステージで、塗布膜形成装置ステージ１３上には、塗布部ステージ１５と乾燥部ステージ１４が隣接して配置されている。
【００３０−１】
まず、塗布部ステージ１５において行われる「塗布工程」について説明する。塗布基板９はトレイ１上に載置され、トレイ１は塗布ヘッド１２と相対移動を行なうための塗布部ステージ１５上に載置されている。塗布基板９の下には後述する「乾燥工程」で使用する塗布基板９に熱エネルギーを供給するヒータ３が配置されている。
【００３２】
塗布液は塗布液タンク２５から塗布液供給機構である定量ポンプ２１によって塗布ヘッド１２に供給される。この定量ポンプ２１は、ギヤポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプなどの容積式ポンプを示している。また、定量ポンプの他の塗布液供給機構として、塗布液タンク２５を圧力容器に入れ、この圧力容器に対して加圧ポンプにより加圧空気を供給することによって、塗布液を押し出す形式も可能である。塗布液タンク２５から定量ポンプ２１までの配管２４の経路に必要に応じてフィルタ２２、開閉弁２３が設けられる。
【００３３】
この定量ポンプ２１から塗布ヘッド１２に供給された塗布液は、ヘッド側面の長手方向の中央部にある流入口７からヘッド内に流入し、マニホールド１１を経由した後、スリット６を通って吐出口５に至る。更に吐出口からヘッドの外側に吐出されると、塗布液はビード１０を形成して徐々に大きくなり、やがて塗布基板９に到達する。
【００３４】
その後、塗布基板９と塗布ヘッド１２との相対運動を開始すると、塗布ヘッド１２から供給される塗布液は塗布ヘッド吐出口５の外側のビード１０を介して塗布基板９に堆積されていく。図３は、塗布ヘッド１２と塗布基板９との相対運動と同時に、蓋部２もまた塗布基板９と相対移動しながら塗布基板を覆っていく様子を示した断面図である。この時、蓋部２もまた塗布基板９と相対運動をしながら徐々に塗布基板１を被っていき、同時に気流発生装置４によって蓋部２と塗布基板９との間の空間に雰囲気の流れを発生させる。この時雰囲気の流れは状況に応じてその風速、風量が制御されている。そして、塗布基板１上の所定の領域に塗布した後に塗布液の供給を停止、更に蓋部２が塗布基板を完全に被ったところで各々の相対運動を停止し「塗布工程」が完了する。
【００３５】
次に乾燥ステージ１４において行われる「乾燥工程」について説明する。「乾燥工程」では、塗布基板９に塗布された塗布液の溶媒等の揮発成分を除去し、塗布液を塗布膜として塗布基板９に固化させる。塗布ステージ１５において、蓋部２と塗布液が塗布された塗布基板９を載置したトレイ１とを連結して、一体型の塗布基板搬送チャンバー３０とし、塗布基板９を乾燥部ステージ１４に不図示の手段により移動する。そして塗布基板搬送チャンバー３０のトレイ部１のヒータ３により塗布基板９を加熱し、また状況に応じて蓋部２に設けた気流発生装置４の温風供給機能により温風を供給し、塗布材料中に含まれる溶媒などの揮発成分を排除し乾燥固化させる。
【００３６】
図４は本実施例における塗布基板搬送チャンバー３０内の気流をイメージした断面図である。図４（ａ）は塗布基板９と塗布ヘッド１２とが相対運動する方向（矢印Ａ）の側面からみた断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）と垂直方向から見た断面図である。図５は図４の斜視図であり、図６は塗布基板搬送チャンバー３０の天井部上方から見た上面図である。気流発生装置４は、気流発生装置４は蓋部の上面に設けられており、塗布基板９と塗布ヘッド１２とが相対運動する方向（矢印Ａ）に長尺状をなしており、気流発生装置４の中央部には、チャンバー内の雰囲気を排気する細長い穴が設けられている。また、気流発生装置４は、気流発生装置４は蓋部の側面下部にも設けられており、塗布基板搬送チャンバー３０内に塗布基板搬送チャンバー３０の外側の雰囲気を流入させている。矢印１７は、気流発生装置４により塗布基板搬送チャンバー３０の側壁下側から流入する気流を示している。また矢印１６は、塗布基板搬送チャンバー３０の天井部からの流出する気流を示している。図６の斜線部１６ａは矢印１６で示した気流のエリアを示している。蓋部の上面及び側面の気流発生装置４を同時に稼動させる事により、塗布基板搬送チャンバー３０に気流の流れを発生させている。尚、図５、図６において気流発生装置４は省略している。
図７（ａ）〜図７（ｄ）は塗布基板搬送チャンバー３０内内の気流をベクトル表示した図である。図７（ａ）は塗布基板搬送チャンバー３０内の流れの斜視図であり、左右対称形状の半分だけを表示している。図７（ｂ）は塗布基板９の表面における気流の流れを示したに断面図である。図７（ｃ）は塗布基板９と塗布ヘッド１２とが相対運動する方向（矢印Ａ）の中央断面図、図７（ｄ）は図７（ｃ）と垂直方向における中央断面図である。
【００３７】
先にも述べたように、厚膜端部現象は、塗布領域全体の中で特に端部において塗布材料中に含まれる揮発成分の揮発速度が大きいため、その途中で表面張力が大きくなることが原因だということが知られている。つまり、塗布領域端部を含めて領域全体で均一に揮発させることが出来れば、その途中で表面張力の分布が発生することもなくなり、厚膜端部現象を排除することが出来る。
【００３８】
塗布された材料から揮発した成分は雰囲気中に拡散していくが、塗布領域の中央部分ではその法線方向の自由度だけが存在するのに対し、塗布領域端部近傍では領域の外側に広く自由度を持つため、雰囲気に強制的な流れが存在しない静的な状態では端部の拡散速度が大きくなるのは必須である。よって、塗布領域端部の揮発速度は大きくなる。そこで塗布領域を包む雰囲気に強制的な流れを与えることで、揮発成分の拡散方向の自由度を均一にできると考えた。しかしその流速が大きいと塗布基板上に堆積した材料が流されてしまい、膜厚の偏りや風紋等が発生する恐れがある。よって塗布材料や揮発成分の種類によって適切な流速を設定する必要がある。更に揮発成分の気化は塗布基板に成膜された時には既に始まっているため、塗布している傍から雰囲気の流れを強制的に与える必要があり、そして乾燥固化が完了するまで流れを与え続ける必要がある。
【００３９】
また更にプロセス時間を短縮してコストを削減することを考慮すると、塗布材料内の揮発成分の拡散と塗布材料からの気化、および気化した後の雰囲気への拡散の効率を上げるため、塗布材料および雰囲気への熱等のエネルギー供給をバランスよく行なう必要がある。
【００４０】
本発明では、まず塗布ヘッドと塗布基板との相対運動と同時に蓋部２もまた塗布基板と相対移動しながら塗布基板を覆っていくこと、同時に気流発生装置４によって蓋部と基板との間の空間に雰囲気の流れを発生させること、その流れが状況に応じて風速、風量が制御されていることを特徴とする塗布工程と、塗布が完了した後は蓋部２と塗布基板を載置したトレイ１と連結して一体型の塗布基板搬送チャンバーとしてその内部の流れを保持したまま乾燥部に移動する事、トレイ部のヒーターにより塗布基板を加熱すること、また状況によってはチャンバー内の雰囲気を直接加熱して温風を供給することを特徴とする乾燥工程とを経ることにより、厚膜端部現象の縮小を実現できた。
【００４１】
以上説明した本実施例の塗布装置および塗布方法を用いて塗布を行なった結果、図８の膜厚分布に示すグラフから分かるように、厚膜端部現象の縮小を実現出来た。
【００４２】
なお、本実施例の塗布条件は以下の通りである。
塗布速度：５ｍｍ／ｓｅｃ
吐出流量：０．５ｍｍ３／ｓｅｃ（塗布ヘッド長手方向の単位長さあたり）
ヘッド−基板間距離：１３０μｍ
ビード形成時間：改造前１５０ｍｓｅｃ／改造後３０ｍｓｅｃ
（塗布液が吐出口から吐出を始めて基板が動き始めるまでの時間）
塗布液：汎用フォトレジスト材
塗布液粘度：４Ｐａ・ｓｅｃ
塗布液表面張力：２８．７ｍＮ／ｍ
塗布液固形分濃度：１８．６ｗｔ％
塗布基板：青板ガラス
塗布液と塗布基板との接触角：１５°
気流発生装置条件（流速）：１００ｍｍ／ｓｅｃ（排気側）
【００４３】
（実施例２）
図９は本発明の実施例２における塗布基板搬送チャンバー３０の上面図である。図９において、図６に示した実施例１と異なるのは、斜線部１６ｂで示した塗布基板搬送チャンバー３０の上面からの流出する気流のエリアが、短冊状に複数存在している点である。
【００４４】
図１０に本実施例の塗布基板搬送チャンバー内の気流の様子を示すが、実施例１と同様な気流分布が存在し、揮発成分の拡散方向自由度を均一化していると考えられる。そして、図１１に実施例１と同じ条件で塗布を行って得られた膜厚分布を示すが、実施例１と同様に厚膜端部現象の縮小が実現された。
【００４５】
（実施例３）
図１２は本発明の実施例３における塗布基板搬送チャンバー３０の上面図である。図１２において、図６に示した実施例１と異なるのは、斜線部１６ｃで示した塗布基板搬送チャンバー３０の上面からの流出する気流のエリアが、塗布基板９と塗布ヘッド１２とが相対運動する方向（矢印Ａ）と垂直方向で、気流発生装置４の中央部存在している点である。
【００４６】
本実施例においても実施例１と同様な気流分布を実現することが出来るため、厚膜端部現象を縮小することが出来る。
【００４７】
（実施例４）
図１３は本発明の実施例４における塗布基板搬送チャンバー３０の上面図である。図１３において、図１１に示した実施例２と異なるのは、斜線部１６ｄで示した塗布基板搬送チャンバー３０の上面からの流出する気流のエリアが、短冊状に複数存在している点である。
【００４８】
本実施例においても、実施例１と同様な気流分布を実現することが出来るため、厚膜端部現象を縮小することが出来る。
【００４９】
（実施例５）
図１４は本発明の実施例５における塗布基板搬送チャンバー３０の上面図である。図１４において、塗布基板搬送チャンバー３０の上面のほぼ全域が多孔質体１８により構成されており、塗布基板搬送チャンバー３０からの気流の流出エリアを、広く形成している。
【００５０】
本実施例においても、実施例１と同様な気流分布を実現することが出来るため、厚膜端部現象を縮小することが出来る。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明により、スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドによって液状物を任意の領域に塗布して薄膜を形成する際、揮発成分の拡散方向の自由度を塗布領域全体で均一にすることができ、塗布領域端部の厚膜端部現象の発生を抑えて有効領域の拡大を行なうことが出来る。
【００５２】
またこれによって、従来困難だったプロセス時間を短縮しかつ材料コストを最小限にした高膜厚精度の塗布膜の形成を実現することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における塗布膜形成装置の全体の構成の概略図。
【図２】実施例１における塗布ヘッドの概略構成図。
【図３】実施例１における塗布の様子を示した断面図。
【図４】実施例１における塗布基板搬送チャンバー内の気流をイメージした断面図。
【図５】実施例１における塗布基板搬送チャンバー内の気流をイメージした斜視図。
【図６】実施例１における塗布基板搬送チャンバーを天井部上方から見た上面図。
【図７】実施例１における塗布基板搬送チャンバー内の気流をベクトル表示した図。
【図８】実施例１における膜厚分布を示したグラフ。
【図９】実施例２における塗布基板搬送チャンバーを天井部上方から見た上面図。
【図１０】実施例２における塗布基板搬送チャンバー内の気流をイメージした斜視図。
【図１１】実施例２における膜厚分布を示したグラフ。
【図１２】実施例３における塗布基板搬送チャンバーを天井部上方から見た上面図。
【図１３】実施例４における塗布基板搬送チャンバーを天井部上方から見た上面図。
【図１４】実施例５における塗布基板搬送チャンバーを天井部上方から見た上面図。
【符号の説明】
１  トレイ部、
２  蓋部、
３  ヒータ、
４  気流発生装置、
５  吐出口、
６  スリット、
７  流入口、
８  塗布膜、
９  塗布基板、
１０  ビード、
１１  マニホールド、
１２  塗布ヘッド、
１３  塗布膜形成装置ステージ、
１４  乾燥部ステージ、
１５  塗布部ステージ、
２１  定量ポンプ、
２２  フィルタ、
２３  開閉弁、
２４  配管、塗布液タンク、
３０  塗布基板搬送チャンバー。
【図１】
2004247359.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004247359.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004247359.tif 000011
【図１０】
2004247359.tif 000012
【図１１】
2004247359.tif 000013
【図１２】
2004247359.tif 000014
【図１３】
2004247359.tif 000015
【図１４】
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