(57)【要約】【課題】本発明は、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、成膜部の有効領域を拡大することを目的とする。【解決手段】本発明の塗布膜形成装置は、スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドと、塗布対象基板とを、前記塗布ヘッド開口部の長手方向に直交するように相対移動させつつ、前記塗布ヘッド開口部から液体を吐出して塗布を行なう塗布部と、更に前記塗布基板に塗布された液体に対してエネルギーを与えて乾燥固化させる乾燥部とを備える装置であって、前記塗布基板と対面する位置に配置され、該塗布基板の法線方向に離れる気流を発生させる気流発生装置を備えたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドと、塗布対象基板とを、前記塗布ヘッド開口部の長手方向に直交するように相対移動させつつ、前記塗布ヘッド開口部から液体を吐出して塗布を行なう塗布部と、更に前記塗布基板に塗布された液体に対してエネルギーを与えて乾燥固化させる乾燥部とを備える装置であって、
前記塗布基板と対面する位置に配置され、該塗布基板の法線方向に離れる気流を発生させる気流発生装置を備えた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薄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塗布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】
前記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になる。
【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ことがある。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必要があり、同様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】
ここで、前記従来の対策について詳述する。
【０００８】
まず、複数回塗りについては、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る。
【０００９】
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がある。この手法によれば、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。
【００１０】
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は、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。
【００１１】
以上のように厚膜端部現象を解決するための手段はいろいろと考えられているが、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次的なプロセスが必要であることからプロセスコストが増大していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、
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、成膜部の有効領域を拡大することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明による第１の形態は、
スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドと、塗布対象基板とを、前記塗布ヘッド開口部の長手方向に直交するように相対移動させつつ、前記塗布ヘッド開口部から液体を吐出して塗布を行なう塗布部と、更に前記塗布基板に塗布された液体に対してエネルギーを与えて乾燥固化させる乾燥部とを備える装置であって、
前記塗布基板と対面する位置に配置され、その法線方向に離れる気流を発生させる気流発生装置を備えた事を特徴とする塗布膜形成装置にある。
この場合、
塗布膜形成装置には、塗布ヘッドが塗布基板上を通過した後、直ちに塗布基板と相対する位置に気流発生装置を配置し、その後、塗布基板と共に塗布部から乾燥部へ移動する搬送装置を備えると好ましい。
【００１４】
また、発生させた気流の状態を監視する機能を持ち、塗布液体の乾燥の状況によってその気流の風速、風量、更に気流発生装置と塗布基板の距離を制御する機能を備えていても良い。
【００１５】
そして塗布領域全体で乾燥速度を均一化するため、特に乾燥速度が速くなる部位にその揮発成分気体を供給する機能を備えていても良い。
更に塗布基板の法線方向に離れる気流によって発生する塗布基板近傍の流れを補うため、その気流発生装置の周囲に、塗布基板面の法線方向に近づく気流を発生させる機能を備えていてもよい。
【００１６】
【作用】
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と考えられる。
【００１７】
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上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。
【００１８】
また更にプロセス時間を短縮してコストを削減する事を考え、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。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について述べる。
【００２０】
（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、図２に示す。図１は塗布ヘッド１２と塗布基板９の相対移動方向の断面図であり、図２は塗布基板９の法線方向から見た断面図である。更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８に示す。
【００２１】
本実施例の工程は、「塗布工程」と「乾燥工程」とによりなるが、まず、「塗布工程」について以下に詳述する。
【００２２】
塗布基板９は塗布ヘッド１２との相対移動を行なうための塗布部ステージ１５上に載置される。このとき、塗布部ステージ１５と乾燥部ステージ１４とは隣接して配置されている。
【００２３】
まず、塗布液は、塗布液タンク２５から定量ポンプ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、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。
【００２４】
この塗布液供給機構から塗布ヘッド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。
【００２５】
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、塗布ヘッドから供給される塗布液は塗布ヘッド１２吐出口５の外側のビードを介して基板に堆積されていく。そして、塗布基板９上の所定の領域に塗布した後に塗布液の供給を停止して「塗布工程」が完了した後、気流発生装置４を塗布基板に相対する位置に移動させ、塗布基板９面の法線方向に離れる方向に気流を発生させる。この時気流は状況に応じてその風速、風量が制御されている。この様子を塗布ヘッド１２の長手方向断面で示したのが図３であり、塗布基板９の法線方向から見た図が図４である。本実施例では、塗布ヘッド１２の搬送部５と気流発生装置４の搬送装置２とが、塗布基板９を挟んで反対側に配置されている。（図５（ａ）（ｂ）参照）
次に溶媒等の揮発成分を除去するための「乾燥工程」に移るため、塗布基板を気流発生装置４と共に搬送装置２により乾燥部ステージ１４に移動する。この様子を示したのが図６である。そして乾燥部ステージ１４のヒーター３により塗布基板９を加熱し、また状況に応じて気流発生装置４の気流制御機能により風速、風量を制御しながら、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。
【００２６】
また図７は、本実施例における気流発生装置４による気流をイメージした図であり、塗布基板９面の法線方向に離れる気流が描かれている。
【００２７】
本実施例の塗布装置を用いて塗布を行なった結果、図１３のグラフに示す膜厚分布が得られた。
【００２８】
このグラフを参照すると本実施例は、比較例に比べ厚膜端部現象が縮小したことがわかる。
なお、このデータを得た塗布条件は以下の通りである。
塗布液：汎用フォトレジスト材
（含有溶媒：ジグライム）
塗布液粘度：４Ｐａ・ｓｅｃ
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°
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
気流発生装置条件：５０ｍｍ／ｓｅｃ（排気）
（実施例２）
図９に本発明の実施例２における気流発生装置４およびその搬送装置２の図を示す。
【００２９】
図は塗布ヘッド１２と塗布基板９とが相対移動する方向から見た断面図を示しており、塗布終了後、気流発生装置４を塗布基板９に相対する位置に移動させ、塗布基板面の法線方向に離れる気流を発生する点は実施例１と同じであるが、本実施例では、塗布された領域の外周部近傍に塗布材料中に含まれる溶媒等の揮発成分気体を供給する装置１６が、気流発生装置４の搬送装置２に配置されている点が異なる。
【００３０】
図１０に本実施例の塗布膜形成装置による塗布後の塗布領域近傍の気流の様子を示すが、塗布領域端部近傍に溶媒等の揮発成分気体を供給することにより、塗布領域端部近傍の乾燥速度は抑制され、塗布領域中央部の乾燥速度に同期させることが可能になる。
【００３１】
図１４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と同様に従来例と比べ厚膜端部現象の縮小したことがわかる。
【００３２】
（実施例３）
図１１に本実施例３における気流発生装置４およびその搬送装置２の図を示す。
図９と同様に、塗布ヘッド１２と塗布基板９とが相対移動する方向から見た断面図を示しており、塗布終了後、気流発生装置４を塗布基板９に相対する位置に移動させ、塗布基板面の法線方向に離れる気流を発生する点は実施例１、実施例２と同じであるが、本実施例では、塗布基板面の法線方向に近づく気流を発生する気流発生装置１７が気流発生装置４の外周に接するように配置されている点が実施例１と異なる。
【００３３】
図１２に本実施例の塗布膜形成装置による塗布後の塗布領域近傍の気流の様子を示すが、気流発生装置４によって塗布基板面の法線方向に離れる気流を発生する一方、本実施例の気流発生装置１７によって塗布基板面の法線方向に近づく気流を発生することで、塗布基板９の外側から流れ込む気流が少なくなる。これによって塗布領域端部近傍の気流の速度を小さくすることが出来るため、塗布領域端部近傍の乾燥速度は抑制される。
【００３４】
よって、本実施例においても、塗布領域中央部の乾燥速度に同期させることができ、厚膜端部現象を縮小することができる。
以下に本発明の実施態様例を示す。
【００３５】
（実施態様例１）
スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドと、塗布対象基板とを、前記塗布ヘッド開口部の長手方向に直交するように相対移動させつつ、前記塗布ヘッド開口部から液体を吐出して塗布を行なう塗布部と、更に前記塗布基板に塗布された液体に対してエネルギーを与えて乾燥固化させる乾燥部とを備える装置であって、
前記塗布基板と対面する位置に配置され、該塗布基板の法線方向に離れる気流を発生させる気流発生装置を備えたことを特徴とする塗布膜形成装置。
【００３６】
（実施態様例２）
前記気流発生装置と、前記塗布基板とを共に塗布部から乾燥部へ移動する搬送装置を備えた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。
【００３７】
（実施態様例３）
前記気流発生装置により発生させた気流の状態を監視する監視装置を備えた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。
【００３８】
（実施態様例４）
前記気流発生装置が、気流の風速、風量を制御する制御装置を有することを特徴とする実施態様例１ないし３のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
【００３９】
（実施態様例５）
前記気流発生装置が、塗布基板との距離を制御する位置制御装置を有することを特徴とする１ないし４のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
【００４０】
（実施態様例６）
前記塗布基板と気流発生装置との間に、塗布液体の乾燥固化を阻害する気体を供給する気体供給装置を備えたことを特徴とする実施態様例１ないし５のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
【００４１】
（実施態様例７）
前記塗布基板に対してその法線方向に近づく気流を発生させる装置を、前記気流発生装置の周囲に備えたことを特徴とする実施態様例１ないし６のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
【００４２】
（実施態様例８）
実施態様例１ないし７のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置を用いて塗布膜形成を行なう方法であって、
塗布部に塗布基板を取り付け、塗布ヘッドと塗布基板とを相対移動させつつ、塗布ヘッド開口部から液体を吐出して塗布基板上に塗布を行う塗布工程と、
その傍から前記気流発生装置を塗布基板と相対する位置に移動し、塗布基板の法線方向に離れる気流を発生させ、該気流発生装置と塗布基板との相対位置を保ちつつその両者を乾燥部に搬送して塗布液体の乾燥固化を行なう乾燥工程と、
を有することを特徴とする塗布膜形成方法。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、
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、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できる。
このため、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できる。
【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を示した、塗布ヘッド相対移動方向の断面図である。
【図２】実施例１における塗布膜形成装置の全体の構成を示した、塗布基板の法線方向から見た断面図である。
【図３】実施例１における（塗布部における）気流発生装置の動きを示した、塗布ヘッド相対移動方向の断面図である。
【図４】実施例１における（塗布部における）気流発生装置の動きを示した、塗布基板の法線方向から見た断面図である。
【図５】図５（ａ）は実施例１における塗布膜形成装置の塗布ヘッド部、図５（ｂ）は実施例１における気流発生装置と搬送部を示した断面図である。
【図６】実施例１における塗布部から乾燥部への気流発生装置の動きを示した構成図である。
【図７】実施例１における気流をイメージした断面図である。
【図８】実施例１における塗布ヘッドの概略構成図である。
【図９】実施例２における気流発生装置と搬送部とを示す断面図である。
【図１０】実施例２における気流をイメージした断面図である。
【図１１】実施例３における気流発生装置と搬送部とを示す断面図である。
【図１２】実施例３における気流をイメージした断面図である。
【図１３】実施例１における膜厚分布を示したグラフである。
【図１４】実施例２における膜厚分布を示したグラフである。
【符号の説明】
１  塗布基板トレイ、
２  気流発生装置の搬送装置、
３  ヒーター、
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、
１６  揮発成分気体供給装置、
１７  気流発生装置、
２１  定量ポンプ、
２２  フィルタ、
２３  開閉弁、
２４  配管、
２５  塗布液タンク。
【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】
2004305818.tif 000012
【図１１】
2004305818.tif 000013
【図１２】
2004305818.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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