(57)【要約】【課題】無駄な液材を使用することがなく、予めワーク表面の凹凸を検出して得られた隙間情報に基づいてワークとノズルとの隙間を調整しながら均一に塗布することにより、比較的粘度の高い液材を用いて５〜１００μｍの厚い被膜を均一に形成することが可能な液材塗布装置を提供する。【解決手段】走査ヘッド部４をＸ軸方向へ走査させる際に予め隙間検出部７で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部６よりワーク３上に液材１６を吐出する。【選択図】　図１
2004089762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持するワーク保持機構と、
前記ワーク保持機構に保持されたワーク上に液材を吐出するノズルを備えた液材吐出部と、前記ワーク表面とノズルとの隙間情報を読み取る隙間検出部とを備えた走査ヘッド部と、
前記走査ヘッド部をワーク上でＸ−Ｙ方向に交互に走査させ、前記液材吐出部よりワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復動させるヘッド部移動機構とを具備し、
前記走査ヘッド部をＸ軸方向へ走査させる際に予め隙間検出部で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出することを特徴とする液材塗布装置。
【請求項２】
前記隙間検出部は、ワーク表面を含むＸ−Ｙ座標平面においてマトリクスを形成する交点のＺ軸方向の高さ位置を計測し、各マトリクス毎に当該マトリクスを形成する交点のＸ−Ｙ方向の傾斜成分を考慮してマトリクス中心部の高さ位置を算出してノズルの隙間情報として記憶しておき、該各マトリクスの隙間情報に基づいて、液材吐出部はワーク表面からノズルまでの隙間を調整しながら液材を吐出することを特徴とする請求項１記載の液材塗布装置。
【請求項３】
前記液材吐出部と隙間検出部とがヘッド部本体の取付板に一体に取り付けられ、該取付板は隙間検出部によるワーク表面の読み取り位置と液材吐出部による液材吐出位置とが一致するように前記ヘッド部本体に対してスライド可能に設けられている特徴とする請求項１又は２記載の液材塗布装置。
【請求項４】
前記ワーク保持機構は、基台上にワークを吸着保持可能なワークテーブルを可動に具備し、前記走査ヘッド部をＸ軸方向へ走査する際にワーク振動機構により前記ワークテーブルをＹ軸方向に振動させながら前記液材吐出部より液材を吐出することを特徴とする請求項１、２又は３記載の液材塗布装置。
【請求項５】
前記ワークの外周より外側に、液材吐出部がＸ軸方向へ折り返し移動する際に吐出された液材を受けるダミーテーブルが設けられていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の液材塗布装置。
【請求項６】
前記走査ヘッド部はワークの外形を超えて走査され、該走査ヘッド部をＸ軸方向へ折り返す際に、液材吐出部より液材を吐出させながらワークの周面エッジ部で一旦液材を切ってから再度ワーク上に吐出することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の液材塗布装置。
【請求項７】
前記ワーク保持機構には、ワークを吸着保持するワークテーブルの外周面に沿ってスクレーパーが突出して設けられており、走査ヘッド部はワークの外形を超えて走査され、Ｘ軸方向へ折り返す際に液材吐出部より吐出した液材を前記スクレーパーで一旦切ってから再度ワーク上に吐出することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の液材塗布装置。
【請求項８】
前記液材吐出部はマルチノズルを備えており、該マルチノズルを回転させることによりノズル間ピッチを変えて液材を塗布できるようになっていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の液材塗布装置。
【請求項９】
前記マルチノズルのノズル配置は、先に塗布された液材に近いノズルが先頭側となるように、折り返し動作においてノズルを回転させてＸ軸方向に往復走査させることを特徴とする請求項８記載の液材塗布装置。
【請求項１０】
ワークをワークテーブルに保持し、走査ヘッド部をワーク上でＸ−Ｙ方向に交互に走査させ、隙間検出部によりワークの外形を含むＸ−Ｙ座標平面の各マトリクス毎に当該マトリクスを形成する交点におけるＺ軸方向の高さ位置を計測し、マトリクス中心部の高さ位置を算出して隙間情報として記憶しておく工程と、
前記走査ヘッド部をワーク上でＸ−Ｙ方向に交互に走査させ、ワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復動させる塗布工程とを有し、
前記走査ヘッド部をＸ軸方向へ走査させる際に、予め隙間検出部で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出することを特徴とする液材塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、例えば半導体ウエハや基板上に液材を塗布して被膜を形成する液材塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハなどのワーク上にポリイミドコーティング材やフォトレジスト材などの液材を塗布する方法としては、スピンコート方式による塗布装置が用いられている。スピンコート方式は、テーブル上に半導体ウエハなどのワークを吸着保持させた状態で、ワーク中央部に液材を供給してテーブルを回転させながら液材をワーク全面に拡散させて均一な被膜を形成する方式である。
【０００３】
また、ノズルのＺ軸方向の高さを予め設定してワークとノズルの隙間を所望の膜厚にあわせて塗布する装置（特開平５−１５８１８号公報）、ワークの凹凸に追従させて塗布しながらノズルの高さを可変にしたものや測長センサによりワークとの距離を測定しながらをノズルをＺ軸方向の高さを調整しながら塗布する装置（特開平５−１１５８２５号公報）などが提案されている。或いは、ノズルを半導体ウエハ上でＸ−Ｙ方向に走査しながら一筆書き状に液材を塗布する装置（特開２００１−２３９１９８号公報）も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワークにスピンコート方式で液材を塗布する場合、始めは低速回転により液材を拡散させ、その後高速回転により液材に含まれる溶剤を飛ばす（乾燥させる）ことから、余分な液材がワークの周囲に飛散して材料使用効率が悪い。具体的には、被膜材料／投入材料の比率が約５〜１０％程度になる。また、コーティング材は比較的高価であるため、無駄なコストが発生して製造コストが嵩む。
【０００５】
また、特開平５−１５８１８号公報の塗布装置は、ノズルのＺ軸方向の高さ位置を予め設定した後は、一定の高さ位置で塗布するものである。この塗布装置で比較的高粘度の液材を塗布した場合、ワークによっては膜厚のばらつきが生じ易い。特にワークによっては、ワーク表面の平坦度やノズルの走行速度の変化や駆動源から伝わる振動などによりノズル−ワーク間の隙間（ギャップ）が変化し、液材の膜厚も不均一になり易い。
また、特開２００１−２３９１９８号の塗布装置は、被膜の厚さが０．５μｍ前後と比較的薄い膜厚を形成するために開発された装置のため、使用する液材の粘度は低粘度のものを想定しており該液材の特性からノズル高さのコントロールを不要としても隣接した液材どうしの表面張力でレベリングがなされるようになっている。
したがって、この塗布装置では、３０００ｍＰａ・ｍ前後の比較的高粘度の液材を塗布することができないため、膜厚が５μｍ〜１００μｍ程度の比較的厚い被膜を形成することができない。
【０００６】
また、特開平５−１１５８２５号公報の塗布装置は、ワーク表面の計測を行いながらその変位に合わせてノズルのＺ軸方向の高さ位置を変更する場合、ノズルの移動速度が速すぎると振動が発生し易く、センサによる計測データの精度が低下するため膜厚の精度も低下し易い。また、ノズルの移動速度に制約がかかり、速くても約１００ｍｍ／ｓｅｃでありワーク全面に塗布するまで時間がかかり、作業効率が悪い。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、無駄な液材を使用することがなく、予めワーク表面の凹凸を検出して得られた隙間情報に基づいてワークとノズルとの隙間を調整しながら均一に塗布することにより、比較的粘度の高い液材を用いて５〜１００μｍの厚い被膜を均一に形成することが可能な液材塗布装置及び液材塗布方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
液材塗布装置においては、ワークを保持するワーク保持機構と、前記ワーク保持機構に保持されたワーク上に液材を吐出するノズルを備えた液材吐出部と、前記ワーク表面とノズルとの隙間情報を読み取る隙間検出部とを備えた走査ヘッド部と、前記走査ヘッド部をワーク上でＸ−Ｙ方向に交互に走査させ、前記液材吐出部よりワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復動させるヘッド部移動機構とを具備し、前記走査ヘッド部をＸ軸方向へ走査させる際に予め隙間検出部で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出することを特徴とする。
【０００９】
また、液材塗布方法においては、ワークをワークテーブルに保持し、走査ヘッド部をワーク上でＸ−Ｙ方向に交互に走査させ、隙間検出部によりワークの外形を含むＸ−Ｙ座標平面の各マトリクス毎に当該マトリクスを形成する交点におけるＺ軸方向の高さ位置を計測し、マトリクス中心部の高さ位置を算出して隙間情報として記憶しておく工程と、前記走査ヘッド部をワーク上でＸ−Ｙ方向に交互に走査させ、ワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復動させる塗布工程とを有し、　前記走査ヘッド部をＸ軸方向へ走査させる際に、予め隙間検出部で読み取られた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。
本実施の形態は、ワークとして用いられる半導体ウエハに、ポリイミドコーティング材（ＰＩ）やフォトレジスト材（ＰＲ）などの液材が、走査ヘッド部を走査させながら塗布される液材塗布装置及び方法について説明する。
【００１１】
図１は液材塗布装置の正面図、図２は液材塗布装置の上視図、図３及び図４は走査ヘッド部の液材吐出部と隙間検出部の移動動作を示す説明図、図５はワーク表面の凹凸を読み込むＸ−Ｙ座標平面のマトリクスを例示する説明図、図６は各マトリクス中心部の高さ位置を算出する場合の説明図、図７（ａ）（ｂ）は隙間検出部の読み取り動作と読取走査経路の説明図、図８（ａ）（ｂ）は隙間検出部により読み取られたワーク表面の凹凸状態および走査ヘッド部の駆動軸であるＸ軸の走り平行度及び振動による振れ等を示すノズル変位量を示すグラフ図（図８（ａ）はワーク１枚分を計測したグラフ図、図８（ｂ）は図８（ａ）のグラフ図から走査ヘッド部の１往復分の計測データを抽出し拡大したグラフ図）、図９は隙間コントロールを行って液材を塗布した場合のノズル−ワーク間の変位量を示すグラフ図、図１０は隙間コントロールなしに液材を塗布した場合のノズル−ワーク間の変位量を示すグラフ図、図１１は液材吐出動作とノズル−ワーク間の隙間との関係を示す説明図、図１２（ａ）（ｂ）は走査ピッチとノズル径との関係を示す説明図、図１３は、ワークワークテーブルの振動機構を示す説明図、図１４（ａ）〜（ｃ）は走査ヘッド部をワーク上でＸ−Ｙ方向に交互に走査させ、ワーク上に液材を吐出しながら所定塗布ピッチで往復させた際に、ワーク外周部において折り返しの加減速により発生する膜厚の増加を防ぐための様々な方法に関する説明図、図１４（ｄ）はワーク外周部において折り返しの加減速により発生した膜厚の増加を示す説明図、図１５はシングルノズルで液材を塗布する場合の説明図、図１６はマルチノズルで液材を塗布する場合の説明図、図１７はマルチノズルのノズルピッチを変更する場合の説明図、図１８（ａ）〜（ｄ）はマルチノズルより吐出された液材の未塗布部分を発生させないためのノズル配置を示す説明図である。
【００１２】
先ず、図１及び図２を参照して液材塗布装置の概略構成について説明する。
ワーク保持機構１はワークを吸着保持するワークテーブル２を備えている。このワークテーブル２の外形サイズは、ワーク（半導体ウエハ）３の外形サイズと同等か若干小さいサイズのものが用いられる。ワークテーブル２は平坦度の高い保持面を備えており、かつ吸着機能を備えている。このワークテーブル２にワーク３を吸着保持させることでワーク３の反りやうねりを矯正し塗布面（ワーク表面）を平坦に保っている。
【００１３】
走査ヘッド部４は、ワーク保持機構１に吸着保持されたワーク３上に液材を吐出するノズル５を備えた液材吐出部６と、ワーク表面とノズルとの隙間情報を読み取るレーザ変位センサなどを用いた隙間検出部７とを備えている。液材吐出部６及び隙間検出部７はヘッド部本体８の取付板９に取り付けられている。
走査ヘッド部４は、ヘッド部移動機構１５によりＸ−Ｙ方向に移動可能に設けられている。Ｘ軸ボールねじ１０及びＹ軸ボールねじ１１は、Ｘ軸駆動部（サーボモータなど）２６及びＹ軸駆動部（サーボモータなど）２７により回転駆動される。ヘッド部本体８はＸ軸移動体４０に保持されている。Ｘ軸移動体４０はＸ軸ボールねじ１０に連繋しており、該Ｘ軸ボールねじ１０に平行に設けられたＸ軸ガイドレール２８にＸ軸リニアガイド２９を介して連繋している（図２参照）。Ｘ軸駆動部２６を回転駆動させると、Ｘ軸移動体４０を介してヘッド部本体８が図１及び図２の矢印に示す何れかの方向（Ｘ軸移動体４０の側面側）へＸ軸ガイドレール２８に沿って移動するようになっている。
【００１４】
Ｘ軸駆動部２６はＹ軸ボールねじ１１に連繋するＹ軸移動体１２に保持されている。また、Ｘ軸ボールねじ１０は一端側がカップリングを介してＸ軸駆動部２６に連繋し他端側がＹ軸ガイドフレーム３０に回動可能に保持されている。Ｘ軸ガイドレール２８は、Ｙ軸移動体１２及びＹ軸ガイドフレーム３０に保持されている。Ｙ軸移動体１２はＹ軸ベース部３３上に敷設されたＹ軸ガイドレール３２にＹ軸リニアガイド３１を介して連繋している。Ｙ軸ガイドフレーム３０は、Ｙ軸ベース部３３上に形成されたレール部３７にガイド部３８を介して連繋している（図１参照）。
Ｙ軸駆動部２７を回転駆動させると、Ｙ軸移動体１２がＹ軸ガイドレール３２に沿って、Ｙ軸ガイドフレーム３０がレール部３７に沿って、図２の矢印に示すＹ軸の何れかの方向へ移動するようになっている。図２において、走査ヘッド部４はワーク３上でＸ軸駆動部２６及びＹ軸駆動部２７を交互に回転駆動することでＸ−Ｙ方向に交互に走査させ、Ｘ軸方向へ往復走査する際に液材吐出部６よりワーク３上に液材を吐出する。
【００１５】
また、図１及び図２において、ヘッド部本体８はＺ軸ボールねじ１３に連繋しており、該Ｚ軸ボールねじ１３はＺ軸駆動部（サーボモータなど）１４により回転駆動される。Ｚ軸駆動部１４は、Ｘ軸移動体４０に一体に保持されている。ノズル５の高さ位置は、予め隙間検出部７で読み込まれた隙間情報に応じてＺ軸駆動部１４を駆動制御して液材吐出部６が取り付けられたヘッド部本体８の上下位置を変更することで微調整する。また、液材吐出部６の上部には従動プーリ３５ａが設けられており、ノズル回転駆動部（サーボモータなど）３４に設けられた駆動プーリ３５ｂとの間に無端状のベルト（タイミングベルトなど）３６が掛け渡されている。このノズル回転駆動部３４は、後述するように液材吐出部６にマルチノズルを用いた場合に、ノズル間ピッチを変更する際にマルチノズルを回転させるために設けられている。尚、シングルノズルの場合には、ノズル回転駆動部３４を省略することも可能である。
【００１６】
取付板９はヘッド部本体８に対して図示しない移動機構によりＸ軸方向に移動可能に設けられている。図３に示すように予め隙間検出部７で読み取ったワーク表面の読み取り位置と、図４（ａ）に示すように液材吐出部６のノズル位置とが一致するように、隙間検出部７と液材吐出部６とがＺ軸ボールねじ１３と交差するＹ軸ライン上位置へ移動して隙間読取走査と液材塗布走査とが行なわれる。これにより、Ｘ軸ボールねじ１０の歪みやＸ軸駆動部２６から伝わる振動などの要因もワーク表面の凹凸状態に加味して計測することができ、またセンサの位置とノズルの位置とが同一のため、Ｚ軸方向の変位を変える要因も１回の計測で制御量のデータ化をできるという利点がある。
【００１７】
以下、隙間検出部７による隙間検出動作について、図５〜図１０を参照して説明する。図５において、隙間検出部７はワーク３の外形を含むをＸ−Ｙ座標平面においてマトリクスを形成する交点（例えばＰ［１］［１］、Ｐ［２］［１］、Ｐ［１］［２］、Ｐ［２］［２］）のＺ軸方向の高さ位置を計測する。具体的には、図６において、Ｘ−Ｙ座標平面における任意の点（Ｘ、Ｙ）の高さＺ（Ｘ、Ｙ）は、
Ｚｘｙ［ａ］［ｂ］を任意の点におけるマトリクス（□）１０ｍｍ間の傾き、Ｚｘｙ［ａ］［ｂ］・ＺｘａをＸ軸方向の傾き、Ｚｘｙ［ａ］［ｂ］・ＺｙａをＹ軸方向の傾きとすると、
Ｚ（Ｘ，Ｙ）＝ｄＺｘ（Ｘ，Ｙ０）＋ｄＺｙ（Ｘ０，Ｙ）＋Ｚ０
Ｘ軸方向の傾きｄＺｘ（Ｘ，Ｙ０）＝Ｚｘｙ［ａ］［ｂ］・Ｚｘａ・（Ｘ−Ｘ０）
Ｙ軸方向の傾きｄＺｙ（Ｘ０，Ｙ）＝Ｚｘｙ［ａ］［ｂ］・Ｚｙａ・（Ｙ−Ｙ０）
に基づいて算出される。
【００１８】
このようにして、各マトリクス毎に当該マトリクスを形成する交点（例えば図５の拡大図に示すＺｘｙ［１］［１］）のＸ−Ｙ方向の傾斜成分を考慮して、各マトリクス中心部の高さ位置を算出してノズルの隙間情報として図示しない制御部のメモリに記憶しておく。図７（ａ）は、走査ヘッド部４をワーク３上でＸ−Ｙ方向に走査して隙間検出部７によりノズル−ワーク間の隙間を検出する動作を示す。走査ヘッド部４は、図３のように、隙間検出部７がＺ軸ボールねじ１３と交差するＹ軸ライン上に移動した状態で、図７（ｂ）に示すようにＸ軸方向への移動とＹ軸方向への移動を交互に行いながら、ワーク３を含むＸ−Ｙ座標平面上の各マトリクス中心部の高さ位置を読みとって、隙間情報としてメモリに記憶する。このとき、走査ヘッド部４のＸ軸方向の移動速度やＹ軸方向の走査ピッチは、液材吐出時に合わせて設定されている。尚、走査ヘッド部４の走査（スキャン）速度や走査（スキャン）ピッチを変更する場合には、その都度データ（隙間情報）は更新される。
【００１９】
図８（ａ）（ｂ）は、隙間検出部（レーザー変位センサ）７により、読み取られた変位量のデータを例示する。図８（ａ）はＸ軸方向２ライン分を走査したとき（走査ヘッド部４を往復動させた場合）の変位量の変化を示し、図８（ｂ）はワーク全面を走査したときの変位量の変化を示す。このときの、走査ヘッド部４の走査速度（スキャン速度）は５０ｍｍ／ｓｅｃであり、１０ｍｍｓｅｃ毎に測定した結果を示している。
図８（ａ）から分かるように、２ライン分の走査でも、走査ヘッド部４の始動動作や減速動作、Ｘ軸駆動部（モータ）の振動やボールねじの回転による振れなどが隙間データの振れとして影響していることが分かる。また、図８（ｂ）において、ワーク全面を走査した場合には、往動時と復動時、ワーク３の部位によって変位量のばらつきが存在することが分かる。
【００２０】
上記のようにして得られた隙間情報に基づいて、走査ヘッド部４に設けられた液材吐出部６により液材塗布動作を行う。図４（ａ）において、走査ヘッド部４は、液材吐出部６がＺ軸ボールねじ１３と交差するＹ軸ライン上に移動した状態で、図４（ｂ）に示すようにＸ軸方向への移動とＹ軸方向への移動を交互に行いながら、ノズル５より液材１６を一筆書き状に液材１６を吐出する。このとき、各マトリクスの隙間情報に基づいてＺ軸駆動部１４がＺ軸ボールねじ１３を回転駆動させることにより、液材吐出部６はワーク表面からノズルまでの隙間を微調整しながら液材１６を吐出する。
【００２１】
図９及び図１０に、走査ヘッド部４により隙間（Ｇａｐ）コントロールを行なって液材１６が塗布された場合のノズル−ワーク間の隙間変位量と、隙間（Ｇａｐ）コントロールを行わないで液材１６が塗布された場合のノズル−ワーク間の隙間変位量を示す。このときの走査ヘッド部４の走査速度（スキャン速度）は２００ｍｍ／ｓｅｃであり、１０ｍｍｓｅｃ毎に測定した結果を示している。図９では、およそ２５μｍ幅の範囲内にＧａｐ変動が抑制されているのに対して、図１０の場合には、およそ１２０μｍ幅の範囲でＧａｐ変動が生じていることが分かる。
【００２２】
このように、液材吐出部６のＺ軸方向の高さ位置を微調整しながらノズル５より液材１６を吐出することで、ノズル−ワーク間の隙間（Ｇａｐ）変動量を抑えてほぼ一定にすることができ、隣接する液材１６どうしの表面張力で一定の膜厚にレベリングされた被膜を形成することができる。また、ノズル５から液材１６を連続して一筆書き状に一定流量で吐出しながら塗布するので、比較的粘度の高い塗布材でも均一な被膜を形成できる。
また、液材塗布とワーク表面の計測とを分けて行うことにより、走査ヘッド部４の走査（スキャン）速度に計測による制約がなくなり、被膜の厚さに応じた速度設定が行え、計測時間と塗布時間を合わせてもこれらを同時に行う場合よりも作業時間が短縮できる。
【００２３】
ここで、走査ヘッド部４による液材１６の塗布条件の一例について図１１乃至図１３を参照して説明する。ポリイミドコーティング材やフォトレジスト材等の液材１６を用いて５μｍ〜１００μｍ程度の比較的厚い被膜を形成する場合、液材１６の粘度を高くする必要がある。液材１６の粘度が高くなると液材吐出部６のノズル５の内径を拡大しないと管内抵抗が上昇して液材１６の吐出量が不十分となる場合がある。そこで、ストレート管長さ１５ｍｍの金属製シングルノズルの場合を以下に例示する。
１００ｍＰａ・ｓｅｃ以下　　　　；ノズル内径φ０．１０ｍｍ以上
１００〜１０００ｍＰａ・ｓｅｃ　；ノズル内径φ０．２０ｍｍ以上
１０００〜２０００ｍＰａ・ｓｅｃ；ノズル内径φ０．３０ｍｍ以上
２０００〜４０００ｍＰａ・ｓｅｃ；ノズル内径φ０．４０ｍｍ以上
４０００〜６０００ｍＰａ・ｓｅｃ；ノズル内径φ０．５０ｍｍ以上
【００２４】
また、ノズル５の高さ位置（Ｚ軸方向の位置）Ｈは、以下の目安で設定される。
ウエット膜厚の高さ＜Ｈ＜ウエット膜厚の４倍の高さ
（ウエット状の膜厚；形成したい膜厚（乾燥後の膜厚）／塗布材の固形分比率％）
これは、図１１において、ノズル−ワーク間の隙間（Ｇａｐ）を必要以上に上げた場合には、ノズル５の先端に液玉１７が形成され、ワーク上に滴下して連続したライン状に吐出することができなくなり、被膜形成し難くなるためである。但し、ノズル５の内径、粘度、形成したい膜厚（乾燥後のドライ膜厚）によって、上記範囲内で適性な高さに設定する必要がある。
【００２５】
また、図１２（ａ）（ｂ）に示す走査ヘッド部４をＹ軸方向に一定ピッチで走査する走査量（スキャンピッチ量）Ｐは、
ノズル内径サイズの１／２＜Ｐ＜ノズル外径サイズ
に設定される。これは、ノズル５より吐出された液材１６どうしが重なり合うようにすると均一な被膜が得られ易いからである。また、比較的粘度の高い液材１６は表面張力によりワーク上で液材１６が広がり難いため、上記ピッチ範囲内で液材１６どうしが重なり合うようにピッチが狭くなるように設定することが望ましい。
【００２６】
また、ワーク３に塗布された液材１６により均一な膜厚を形成するためには、ワーク３に僅かな振動を与えて液材１６どうしを均一に伸ばすようにしても良い。
図１３において、ワーク保持機構１、基台１８上にワーク３を吸着保持可能なワークテーブル２を可動に備えていても良い。ワークテーブル２は、振動装置１９に連繋しており、振動方向は液材塗布方向と交差する方向（本実施例では直交する方向）となるように構成されている。即ち、ワークテーブル２は基台１８に設けられたスライドレール２０に直動ガイド２１を介してスライド可能に支持されている。ワークテーブル２は走査ヘッド部４をＸ軸方向へ走査する際に振動装置１９によりワークテーブル２をＹ軸方向に振動させながら液材吐出部６より液材１６を吐出するようになっている。
【００２７】
このように、ワーク３上にＸ軸方向に塗布された液材１６に９０度で直交するするＹ軸方向へ振動させることにより、塗布された液材１６をＹ軸方向へ拡散させる力が作用してより均一な塗布（レベリング）が行えるからである。
尚、室温でも液材１６中の溶剤が蒸発する場合には、ワーク全面に液材１６を塗布してから振動させてもレベリング効果が十分得られない場合がある。即ち、ワーク３上に液材１６が塗布された瞬間から液材１６中の溶剤が蒸発して粘度が上昇してワーク全面に液材１６が塗布されたときにはレベリング効果が不十分となるからである。よって、液材１６中の溶剤が室温でも蒸発する場合には、振動を与えながら塗布する必要がある。
【００２８】
次に、ワーク３への液材塗布方法について図１４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。図１４（ｄ）において、走査ヘッド部４がワーク３上を走査して液材１６を吐出する場合、走査ヘッド部４はワーク３の外形を超えて走査され、ワーク３の外周部で折り返し動作を行うため、走査ヘッド部４の減速及び加速が行なわれる。この場合、ノズル５より吐出される液材量が、ワーク外周部がそれ以外の部位より多くなるため膜厚が厚くなってしまう。ワーク３の外側で吐出される液材１６の吐出量や吐出状態は液材１６の材質や粘度などにより異なるが、上記不具合を解消するため、以下のうち適当な塗布方法を選択することができる。
【００２９】
図１４（ａ）において、ワーク保持機構１にはワーク３の外周部に、液材吐出部６が折り返し移動する際に吐出された液材１６を受けるダミーテーブル２２が設けられている。ダミーテーブル２２は、ワーク３と同じ高さで設けられており、液材吐出部６より一筆書き状に連続して吐出される液材１６を折り返し動作時に受けるようになっている。ワーク３の全面に液材１６が塗布された後、ダミーテーブル２２を取り外して不要な液材１６を除去することでワーク表面には均一な被膜が形成できる。
【００３０】
また、図１４（ｂ）において、ノズル５の先端から吐出される液材１６がワーク３の外側で点滴状に滴下する場合には、走査ヘッド部４がＸ軸方向へ折り返す際に、液材吐出部６より液材１６を吐出させながらワーク３の側面（外周面）のエッジ部３ａで一旦液材１６を切ってから再度ワーク３上に吐出するようにしても良い。この場合、ワーク３の外周面や裏面側へ回り込んだ液材１６は、バックリンス等の洗浄を行って除去すれば良い。
【００３１】
また、図１４（ｃ）において、ノズル５の先端から吐出される液材１６がワーク３の外側で滴下せずに先端に液玉１７が形成される場合には、ワーク保持機構１のワークテーブル２の周縁部にスクレーパー２３を設けても良い。具体的には、スクレーパー２３は、ワーク３を吸着保持するワークテーブル２の外周面に沿って突出して設けられている。走査ヘッド部４をＸ軸方向へ折り返す際に、液材吐出部６より液材１６を吐出させながらスクレーパー２３で一旦液玉１７を切ってから再度ワーク３上に液材１６を吐出するのが好ましい。
【００３２】
次に、走査ヘッド部４を用いて、ワーク（半導体ウエハ）３に液材１６を塗布した実施例について図１５及び図１６に示す。ワーク３の外周にはダミーテーブル２２が設けられている、図１５はシングルノズル２４を用いた場合を示し、図１６はマルチノズル２５を用いた場合を示す。図１５においてシングルノズル２４を用いて８インチウエハに塗布した場合、ポリイミド材のスキャンピッチＰＩ＝０．３５ｍｍ、フォトレジスト材のスキャンピッチＰＲ＝０．３０ｍｍでウエハ外周から４ｍｍ位置のダミーテーブル２２上で折り返しを行った場合、１枚の半導体ウエハを塗布するのにポリイミド材で１３．５分、フォトレジスト材で１２．５分の時間を要した。
【００３３】
図１６において、マルチノズル（ノズル数７）２５を用いて８インチウエハに塗布した場合、ポリイミド材のスキャンピッチＰＩ＝２．４５ｍｍ、フォトレジスト材のスキャンピッチＰＲ＝２．１０ｍｍで、ウエハ外周から７ｍｍ位置のダミーテーブル２２上で折り返しを行った場合、１枚の半導体ウエハを塗布するのにポリイミド材で２．３分、フォトレジスト材で２．１分の時間を要した。このように、マルチノズル２５を用いる場合には、ワーク３へ液材１６を塗布する塗布時間を大幅に短縮でき、またノズル間ピッチＮは、液材１６の材質（粘度）や膜厚に応じてノズル回転駆動部３４を起動してマルチノズル２５を回転させることにより、任意に調整できる。
【００３４】
マルチノズル２５ａ〜２５ｇを用いる場合には、図１７に示すように、ノズル２５を回転させることによりノズル間ピッチＮをＮ’に変えて液材１６を塗布することができる。また、ワーク３の外部へ塗布する無駄な液材１６を可能な限り少なくするために、ワーク３上よりノズル２５が外に出たら液材１６の吐出を止め、走査ヘッド部４が折り返して再度ノズル２５がワーク３上に進入する直前に液材１６を吐出し始めるようにしている。
或いは、Ｘ軸方向でワーク３の外周部近傍より液材１６を順次吐出し始めることが望ましい。即ち、図１７において、Ｘ軸方向矢印側へ走査する場合には、最下側のノズル２５ｇよりノズル２５ｆ、ノズル２５ｅ…と順次液材１６を吐出し、Ｘ軸方向反対側へ走査する場合には、最上側のノズル２５ａよりノズル２５ｂ、ノズル２５ｃ…と順次液材１６を吐出するようにしても良い。
【００３５】
また、図１８（ｄ）において、マルチノズル２５は、一定のピッチでＹ方向にシフトしながら、Ｘ軸方向へ往復走査するようになっている。このため、図１８（ａ）において、先に半導体ウエハ上に塗布された液材１６ａに対して近接するノズル２５ａが先頭側に配置されて塗布される場合には、各ノズルより塗布された液材１６ｂが先に塗布された液材１６ａとの間に表面張力が作用して矢印方向に液材１６ａ側へ順次引かれるため問題はない。しかしながら、図１８（ｂ）示すように、先に半導体ウエハ上に塗布された液材１６ａより離れたノズル２５ｇが先頭側に配置されて塗布される場合には、ノズル２５ｇより塗布された液材１６ｂは表面張力が作用して先に塗布された液材１６ａ側に引かれるが、先に塗布された液材１６ａと最も離れたノズル２５ｇに挟まれた他のノズル２５ａ〜２５ｆより吐出された液材１６ｂは、ノズル間隔に僅かなばらつきや塗布された液材１６ｂの流れに乱れが生ずると、両側に分かれるように引かれて未塗布部分１６ｃが発生するおそれがある。
そこで、図１８（ｃ）に示すように、マルチノズル２５のノズル配置は、先に塗布された液材１６ａに近いノズル２５ａが先頭側となるように、折り返し動作においてノズル回転駆動部３４を起動してマルチノズル２５を回転させてＸ軸方向に往復移動することにより未塗布部分１６ｃの発生を防ぐことができ、液材１６を均一に塗布することができる。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明は上述した各実施例に限定されるのものではなく、例えばワーク３は半導体ウエハに限らず樹脂基板などであっても良い。また、液材１６はポリイミドコーティング材やフォトレジスト材に限らず、他の樹脂材であっても良い。また、取付板９のヘッド部本体８に対する移動機構は、例えばラック及びピニオンギヤやタイミングベルト等を用いたモータ駆動やシリンダ駆動によるものなど様々な構成を採用できる。また、ワーク３の位置を固定してノズル側をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動する場合について説明したが、ノズル位置を固定してワーク３側をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動するようにしても良い。更にはマルチノズルのノズルの数は任意であるなど、法の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る液材塗布装置及び塗布方法を用いれば、走査ヘッド部をＸ軸方向へ走査させる際に、予め隙間検出部で読み込まれた隙間情報に応じてワーク表面からノズルまでの高さ位置を調整しながら液材吐出部よりワーク上に液材を吐出するので、ノズル−ワーク間の隙間変動量を抑えてほぼ一定にすることができ、隣接する液材どうしの表面張力で一定の膜厚にレベリングされた被膜を形成することができる。
また、ノズルから液材を連続して一筆書き状に一定流量で吐出しながら塗布するので、比較的粘度の高い塗布材でも均一な被膜を形成できる。
また、液材塗布とワーク表面の計測とを分けて行うことにより、走査ヘッド部の走査速度に計測による制約がなくなり、被膜の厚さに応じた速度設定が行え、計測時間と塗布時間を合わせてもこれらを同時に行う場合よりも作業時間が短縮できる。
また、ヘッド部本体に対して取付板が、隙間検出部によるワーク表面の読み取り位置と液材吐出部による液材吐出位置とが一致するようにＸ軸方向へ移動してワークへ液材が吐出されるので、ボールねじの歪みや駆動部から走査ヘッド部へ伝わる振動などの要因もワーク表面の凹凸状態に加味して隙間検出部で計測することができ、センサの位置とノズルの位置とが同一のため、Ｚ軸方向の変位を変える要因も１回の計測で制御量をデータ化できる。
走査ヘッド部をＸ軸方向へ走査する際にワーク振動機構によりワークテーブルをＹ軸方向に振動させながら液材吐出部より液材を吐出する場合には、塗布された液材をＹ軸方向へ拡散させる力が作用してより均一な塗布（レベリング）が行える。特に液材中の溶剤が室温でも蒸発する場合には、レベリング効果を確保することができる。
また、液材吐出部はマルチノズルを備えている場合にはワークへ液材を塗布する塗布時間を大幅に短縮でき、またマルチノズルを回転させることにより、固定されたノズル間ピッチを変えることができ、液材の材質やワークに形成する膜厚に応じてノズル間ピッチを微調整でき、均一な被膜を形成できる。
また、先に塗布された液材に近いノズルが先頭側となるように、マルチノズルを回転させてＸ軸方向へ往復走査することにより、液材の未塗布部分の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液材塗布装置の正面図である。
【図２】液材塗布装置の上視図である。
【図３】走査ヘッド部の液材吐出部と隙間検出部の移動動作を示す説明図である。
【図４】走査ヘッド部の液材吐出部と隙間検出部の移動動作を示す説明図である。
【図５】ワーク表面の凹凸を読み込むＸ−Ｙ座標平面のマトリクスを例示する説明図である。
【図６】各マトリクス中心部の高さ位置を算出する場合の説明図である。
【図７】隙間検出部の読み取り動作と読取走査経路の説明図である。
【図８】隙間検出部により読み取られた凹凸状態および振動による振れを示すノズル変位量を示すグラフ図である。
【図９】隙間コントロールを行って液材を塗布した場合のノズル−ワーク間の隙間変位量を示すグラフ図である。
【図１０】隙間コントロールなしに液材を塗布した場合のノズル−ワーク間の隙間変位量を示すグラフ図である。
【図１１】液材吐出動作とノズル−ワーク間の隙間との関係を示す説明図である。
【図１２】走査ピッチとノズル径との関係を示す説明図である。
【図１３】ワークワークテーブルの振動機構を示す説明図である。
【図１４】走査ヘッド部をワーク外周部において折り返しする際の加減速により発生する膜厚の増加を防ぐための方法に関する説明図である。
【図１５】シングルノズルで液材を塗布する場合の説明図である。
【図１６】マルチノズルで液材を塗布する場合の説明図である。
【図１７】マルチノズルのノズルピッチを変更する場合の説明図である。
【図１８】マルチノズルより吐出された液材の未塗布部分を発生させないためのノズル配置を示す説明図である
【符号の説明】
１　ワーク保持機構
２　ワークテーブル
３　ワーク
４　走査ヘッド部
５　ノズル
６　液材吐出部
７　隙間検出部
８　ヘッド部本体
９　取付板
１０　Ｘ軸ボールねじ
１１　Ｙ軸ボールねじ
１２　Ｙ軸移動体
１３　Ｚ軸ボールねじ
１４　Ｚ軸駆動部
１５　ヘッド部移動機構
１６、１６ａ、１６ｂ　液材
１６ｃ　未塗布部分
１７　液玉
１８　基台
１９　振動装置
２０　スライドレール
２１　直動ガイド
２２　ダミーテーブル
２３　スクレーパー
２４　シングルノズル
２５　マルチノズル
２６　Ｘ軸駆動部
２７　Ｙ軸駆動部
２８　Ｘ軸ガイドレール
２９　Ｘ軸リニアガイド
３０　Ｙ軸ガイドフレーム
３１　Ｙ軸リニアガイド
３２　Ｙ軸ガイドレール
３３　Ｙ軸ベース部
３４　ノズル回転駆動部
３５ａ　従動プーリ
３５ｂ　駆動プーリ
３６　ベルト
３７　レール部
３８　ガイド部
４０　Ｘ軸移動体
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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