(57)【要約】      （修正有）【課題】光ディスクの内周から外周端部近傍かけて膜厚が均一な有機保護膜を形成可能な塗布膜形成装置を提供する。【解決手段】基板上にスピンコート方式により有機膜を形成する塗布膜形成装置において、基板１の外径よりも０．１ｍｍ以上大きな外径を有し、かつ中心孔を有しない、整流板４を光ディスク基板１上に配置し、前記整流板４と前記基板１との間隔を前記基板１の内周から外周に向けて連続的又は段階的に狭くなるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にスピンコート方式により有機膜を形成する塗布膜形成装置において、基板上に塗布液を供給する塗布液供給手段と、基板の外径よりも０．１ｍｍ以上大きな外径を有し、かつ中心孔を有しない、前記基板上方に配置された整流板とを有し、前記整流板と前記基板との間隔は前記基板の内周から外周に向けて連続的又は段階的に狭くなるように変化し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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンコート方式により基板上に塗布膜を形成する製造装置に関する。特に、光ビームにより情報の記録、再生及び消去を行う光ディスクの保護コート等の有機保護膜の形成に適した製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年書き換え可能を特徴とする光磁気ディスクが上市され、コンピューターのコード情報や画像などのデータファイルとして応用されつつある。更に、モバイルコンピューターの普及や、情報の多様化が進み、小型大容量の光磁気ディスクが要求されている。
【０００３】
光ディスクの製造方法は、一般的に樹脂基板上に記録膜を形成した後に、スピンコート方式により有機保護膜を形成している。
【０００４】
スピンコート方式は、主に塗布液の粘度や塗布量と、回転条件を設定することにより任意の塗布膜厚を得られる特徴があり、生産性が優れていると考えられている。しかしながら、小型大容量化に伴って保護膜の高品位化が要求されるにしたがって、様々な問題が確認されている。特に、高密度の光磁気ディスクでは、記録膜と磁気ヘッドの間隔を一定に保つことが、記録再生特性及び小型化のために重要な要素である。このため、記録膜上に形成する保護膜膜厚を内周から外周に渡って一定にすることが求められている。
【０００５】
スピンコート方式では、原盤ガラスなどの様に中心孔を持たない基材の場合、内周から外周の膜厚分布を均一に形成可能であることがわかっている。更に、外周部近傍では、塗布材料のスピンによる振り切りが不十分になり、膜厚が増大する傾向にある。すなわち、スピンコート方法は、原盤ガラスへのレジスト塗布の様に、中心孔がない基材で、かつ有効領域よりも充分に大きな外径の基材を用いることで、有効領域に均一な膜厚の塗布膜を形成することが可能である。しかしながら、光ディスク基板は、中心部近傍に中心孔及びスタンパ押え部などの段差部が形成されているため、中心部近傍に未塗布領域が存在することになる。この結果、内周の未塗布領域が大きくなるほど、内周と外周の膜厚差が悪化することがわかっている。更に、小型化に伴って、内周の塗布開始位置と基板外径の差が小さくなり、有効領域における均一な膜厚形成を行うことがさらに困難になっている。同様に原盤ガラスへのレジスト塗布においても、有効領域が外周側へ拡大して、充分に大きな外径の基材を用いることができない場合は、外周端部近傍での膜厚増大が問題になっていた。また、膜厚分布の改善手法として、塗布液に添加された溶剤の揮発性を利用することが考えられるが、記録膜上に形成する有機保護膜材料への溶剤添加は、上記原盤ガラスに塗布するレジストと異なり、記録膜又は基板への弊害が考えられるため、困難である。このため、光ディスクの保護膜には、溶剤の揮発性を利用した塗布膜の膜厚制御が不可能である。
【０００６】
そこで、上記塗布膜の膜厚を制御する方法として、基板の上方に整流板を配置する方法や、特開平１１−１４４３３０に基板の外周部上方に整流板を設けることが従来考えられている。
【０００７】
しかしながら、上記従来方法では、以下の問題があることがわかっている。
【０００８】
基板上方に整流板を配置する方法は、スピンコート中の乱流を制御することができ、塗布面への再付着防止には効果があったものの、基板外周端部近傍におけるスピン中の塗布液の振り切り不足による膜厚増大の問題が解決されていなかった。しかも、無溶剤の塗布液を用いた場合では、有効領域における膜厚分布向上の効果は得られなかった。基板外周端部近傍における膜厚の増大は、塗布液の粘度や表面張力などの性状及び回転数や回転加速度などのスピンコート条件に応じて、基板の外周端部の形状を直角や鋭角或いは切り込みや段差などの鈍角などの形状にすることで、改善することも考えられているが、塗布液の性状が限定されるうえに、特定の塗布液を用いた場合でも、基板外周端部の側壁などに塗布液が滞留して塗布液の表面張力で塗布面に引き戻されるため、スピンによる塗布液の振り切り不足を解消することができず、膜厚の増大を充分に低減することができなかった。また、基板外周端部の形状により、作業者のハンドリングにおけるケガの発生や発塵及び基板外周端部に塗布液が付着することによる周辺装置の汚染など、基板搬送の問題、更に加工精度による膜厚変動の問題があった。基板上方に整流板を配置する方法では、基板と整流板の距離を調整しても、スピン中の気流を整流するのみで、スピン中の塗布液の振り切り不足を補うことができなかった。更に、基板外周端部の形状と基板上方に整流板を配置する方法を組み合わせても、基板外周端部の膜厚増大を充分に低減させることができなかった。一方、溶剤を添加した塗布液の場合は、基板上方に整流板を配置して、密閉又は略密閉空間でスピンコートすることにより、溶剤の揮発性を調整することで有効領域の膜厚制御が可能になっているものの、溶剤を添加しない材料のように揮発成分が少ない材料では揮発性の調整による効果が得られないため膜厚分布の向上がなかったと考えられる。更に、スピン回転数の増加に伴って、基板と整流板の空間が負圧になり、整流板の中心部が変形を起こし、中心部の隙間が、外周部に比べて狭くなるため、溶剤を添加した材料においても、スピンコート条件の制約を受けるので、膜厚制御は困難であった。
【０００９】
すなわち、整流板を基板上方に配置した方法は、スピンによる遠心力と揮発量制御しか膜厚分布に関わる制御がなされていなかった。
【００１０】
更に、特開平１１−１４４３３０に示される、基板外周部のみ整流板を上方に配置する方法は、上記に示した様に原盤ガラスにレジストを塗布する方法であり、かつ本発明と目的が異なり、均一な膜厚分布が得られている従来方法を改良して、外周部の膜厚を厚くする方法である。上記従来の基板外周部の上方に整流板を配置した方法は、外周部における流速を早めることで溶剤の揮発量を制御して膜厚を増大させている方法であるため、溶剤を添加しない塗布液の場合効果が得られにくい上に、整流板の効果があっても膜厚分布が悪化することになる。また、流速を早めることによる塗布液の振り切り不足に関する考慮がなされていなかった。
【００１１】
すなわち、従来方法では、記録膜上に形成する有機保護膜を均一な膜厚で形成することができなかった。
【特許文献１】特開平１１−１４４３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、スピンコート方式による塗布膜の内周から外周端部近傍における膜厚分布を向上し、均一な膜厚の塗布膜を形成するものである。
【００１３】
すなわち、基板に塗布液を塗布して、スピンコート方式により塗り広げる方法における内周と外周の塗布膜の膜厚分布改善、及び外周部の塗布膜厚の盛り上がりを防止して、溶剤を含有しない塗布液においても均一な膜厚の塗布膜を形成するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の塗布膜形成装置は、基板上に塗布液を供給する塗布液供給手段と、基板の外径よりも０．１ｍｍ以上大きな外径を有し、かつ中心孔を有しない、前記基板上方に配置された整流板とを有し、前記整流板と前記基板との間隔は前記基板の内周から外周に向けて連続的又は段階的に狭くなるように変化していることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、塗布液がスピンで生じる遠心力による飛散及び溶剤揮発量の調整による膜厚制御以外に、塗布膜表面の気体流速を制御することにより、スピンで生じる遠心力の不足を補助して、塗布液の飛散量を増加させている。
【００１６】
なお、中心孔を有する基材におけるスピンコート方式の膜厚分布は、塗布液の内周側へ引き戻される張力が不足するために、回転によって生じる遠心力により外周ほど膜厚が厚くなると考えられる。揮発量が少ない塗布液における膜厚分布は、内周側の塗布開始位置と基板外径及び所定半径における膜厚により決定されると考えられる。すなわち、回転数及び塗布液の粘度、表面張力、密度を設定することで、所定半径位置における膜厚は、任意に得られることができるものの、内周側の塗布開始位置が限定されることで、内周と外周の膜厚分布が決定されることになり、膜厚分布を回転数や塗布液の性状で改善することは不可能である。
【００１７】
本発明は、塗布膜表面における気体の流速による、遠心力の補助に着目して、外周における膜厚を薄くすることで、内周と外周の膜厚差を低減させている。
【００１８】
すなわち、基板の内周部よりも外周部ほど塗布膜表面の気体流速を早めることで遠心力を補助して、過剰に残留している塗布液を飛散させている。
【００１９】
また、基板外周部上方のみに整流板を設けるのではなく、基板を覆うように整流板を配置することで、塗布膜表面の全体の気流を制御することにより膜厚分布の制御を可能にしている。これは、整流板の中央部を開放した場合は、連続的に気体が流れる環境が得られるものの、基板と整流板の間隔を狭めた場合、気体が隙間を通過する抵抗が増大することにより逆流するなど気体の流速制御が困難になるためである。更に基板上を覆うことで、未硬化の塗布膜上に必要以上に多量の気体を流すことを防止することができ、ゴミ欠陥の低減にも効果がある。一般に、生産性の観点からスピンコート時間は、数秒で終了することが求められており、回転立ち上がりから回転停止までが５秒程度であるため、整流板の中央部を開放しなくても、整流板の形状や基板との間隔を設定することで、基板上に必要充分な気流を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、スピンコーター方式において、基板の上方に基板との間隔が外周ほど狭くなる整流板を配置することにより、塗布液の塗布開始位置や塗布液の性状の制約を受けることなく、塗布膜を任意の膜厚で均一にかつ、高品位に形成する塗布膜形成装置及び製造方法、特に光磁気ディスクの製造装置および製造方法を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施例１）
図１は本発明における光ディスクの製造装置を示す模式断面図である。
【００２２】
基板1として厚さ０．６ｍｍ、外径５０．８ｍｍ、内径１１ｍｍのポリカーボネイト樹脂基板を用いて、基板上に記録膜を成膜した。記録膜は、必要に応じて複数の積層の光磁気記録膜と、記録膜の上下に無機の保護膜および反射膜をスパッタリングあるいは蒸着により形成することができる。
【００２３】
上記基板１の記録膜を上側にして、基板を保持するターンテーブル３上に配置して、基板をターンテーブルの中心部近傍２で真空吸着させた。ターンテーブルの大きさは、基板の外径と同一にした。基板の保持方法は、真空吸着以外にもマグネットを利用したマグネットチャック方式や、機械的にクランプする方法を用いることができる。
【００２４】
次いで、ターンテーブルを２０ｒｐｍの低速で回転させて、塗布液として１００ｍＰａSの粘度の紫外線硬化型樹脂を用いて、基板上に塗布するためのノズルを所定の位置に移動させて、塗布液を塗布した。上記紫外線効果型樹脂は、アクリル系の無溶剤樹脂を用いた。上記基板への塗布液の塗布方法は、基板を回転させると共にノズルを移動させてスパイラル状や同心円状或いは、基板中心部の開口部にキャップをして中心部に塗布液を塗布する方法等を用いることができる。塗布量が多い場合は、過剰な塗布液による跳ね返りやミストの再付着が多くなるため、必要最低限の塗布量を塗布することが望ましい。
【００２５】
上記内周側の塗布開始位置は半径１０ｍｍであった。
【００２６】
次いで、基板上方に整流板４を配置した。整流板の断面形状は、半径０ｍｍの高さを基準に、半径２６ｍｍで１０ｍｍの高さになるように円錐状に傾斜を設けてある。基板と整流板との隙間は、中心部で１２ｍｍ、基板外周端部で２ｍｍに設定した。
【００２７】
整流板は、スピンコーターカップの外壁であるアウターカップ５に設置しており、密閉空間を形成しており、ターンテーブルのみが回転する構成にしている。
【００２８】
整流板の外径は、基板と整流板の隙間における気体の流速が制御できれば良く、基板の外径よりも０．１ｍｍ以上大きければ制御可能であり、整流板の外周部とスピンコーターカップの外壁との間に隙間を設けて、基板の回転による乱流を制御することも可能である。整流板の外径が基板の外径よりも０．１ｍｍ未満の大きさの場合は、基板外周部近傍で乱流が発生してしまうため、気流の制御が困難になる。
【００２９】
整流板と基板との隙間は、塗布液の性状や回転数や回転加速度等のスピンコート条件に応じて任意に設定できるが、狭めすぎると気流の逆流が発生しやすいため、外周部で０．５ｍｍ以上の隙間を設けることが望ましい。また、隙間を広げ過ぎると、流速を高めることが困難になるため、外周部で１０ｍｍ以内の隙間に設定することが望ましい。
【００３０】
スピンコーターカップ内は、排気孔６を設けている。排気孔から強制排気を行うことも可能であるが、回転中の気流を制御するために、排気量をモニターして排気量を調節することが望ましい。
【００３１】
更に、所定の膜厚を得る為に、２０００ｒｐｍの高速回転数に０．５秒で立ち上げ、３秒間保持して、基板上の過剰な塗布液を飛散させて除去すると共に、全面均一な膜厚を得た。
【００３２】
必要に応じて、回転数を多段制御して、膜厚の均一化と基板外周部における過剰な塗布液を飛散除去させることができる。多段制御は、２０００ｒｐｍで２．８秒間保持して、０．１秒間で５０００ｒｐｍに立ち上げて、０．１秒間保持するように、高速回転を短時間行うことで、基板外周端部に過剰に滞留している塗布液をより飛散する方法であり、上記整流板を設けることで、気流速度を高めてより多段制御による外周盛り上がりの低減が可能になる。
【００３３】
次いで、基板の回転を停止して、整流板を取り除いた後に、基板をターンテーブルが取り出して、紫外線照射を行い、塗布液を硬化させて保護膜を形成して、光磁気ディスクを製造した。
【００３４】
この時の塗布膜は、均一な膜厚を得ることができた。基板外周部での盛り上がりは、過剰な塗布液が飛散除去されたため、大幅に改善されていた。
【００３５】
（実施例２）
図２に本発明における第２の実施形態の光ディスク製造装置の模式断面図を示した。
【００３６】
整流板の外周部がターンテーブル外周部に保持されて、基板と共に回転する機構にしたこと以外は、実施例１と同様にして光磁気ディスクを製造した。
【００３７】
上記整流板の保持は、マグネットによる保持にしたが、ターンテーブルに保持することができれば良く、機械的なクランプや嵌め合せによる保持方法を行うことができる。
【００３８】
上記整流板を、ターンテーブルと共に回転させることで、スピンドルの回転触れの影響がなくなり、整流板と基板との隙間を極めて狭く、かつ精度良く保持することが可能になる。このことにより、周方向における基板と整流板の隙間が一定に保つことができ、膜厚の均一性をより向上させることができた。基板外周部での盛り上がりは、過剰な塗布液が飛散除去されたため、発生していなかった。
【００３９】
（実施例３）
基板として中心孔を有しない厚さ０．６ｍｍ、外径５０．８ｍｍのガラス原盤を用いて、塗布液としてノボラック樹脂とエチルセロソルブの溶剤及び感光剤からなる混合物のレジストを用いて、基板の中心部に塗布したこと以外は、実施例１と同様にして、ガラス原盤を作成した。
【００４０】
この時の塗布膜厚は、半径０ｍｍで１００ｎｍ、半径２４ｍｍで１０３ｎｍであり、均一な膜厚を得ることができた。基板外周部での盛り上がりは、過剰な塗布液が飛散除去されたため、ほとんど発生していなかった。
【００４１】
（実施例４）
基板として中心孔を有しない厚さ０．６ｍｍ、外径５０．８ｍｍのガラス原盤を用いて、塗布液としてノボラック樹脂とエチルセロソルブの溶剤及び感光剤からなる混合物のレジストを用いて、基板の中心部に塗布したこと以外は、実施例２と同様にして、ガラス原盤を作成した。
【００４２】
この時の塗布膜厚は、半径０ｍｍで１００ｎｍ、半径２４ｍｍで１０１ｎｍであり、均一な膜厚を得ることができた。基板外周部での盛り上がりは、過剰な塗布液が飛散除去されたため、発生していなかった。
【００４３】
（比較例１）
基板上方に整流板を設けなかったこと以外は、実施例１と同様にして光磁気ディスクを製造した。
【００４４】
上記比較例1の方法で作成した塗布膜厚は、外周ほど膜厚が増加しており、かつ、外周近傍で膜厚が増大していた。外周近傍に過剰に残留した塗布液が、回転停止後内周側に引き戻されて、盛り上がりが発生していたものと考えられる。また、基板外周部から中周部にかけて、上記実施例では発生していなかった、ミストの付着による欠陥が発生していた。
【００４５】
（比較例２）
基板上方に基板に対向する面が平坦な整流板を配置し、整流板と基板の間隔を１５ｍｍに設定したこと以外は実施例１と同様にして光磁気ディスクを製造した。
【００４６】
上記比較例２の方法で作成した塗布膜は、ミストの再付着などの塗布欠陥は比較例1に比べて少ないものの、膜厚分布は比較例1と同等であった。
【００４７】
上記実施例１〜２及び比較例１〜２で形成した光磁気ディスクにおける、半径方向の保護膜膜厚測定結果を図４に示した。
【００４８】
実施例１〜２の方法では、内周〜中周における膜厚は、比較例とほぼ同様な膜厚であるが、中周から外周での膜厚が低減されている。
【００４９】
内周〜中周においては、上方に設置した整流板の効果が少なく、膜厚分布が比較例１〜２とほぼ同等であるが、中周〜外周において、整流板により塗布面の気体の流速が早くなり、膜厚分布が改善されたと推測される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１における光ディスクの製造装置を示す模式断面図である。
【図２】本発明の実施例２における光ディスクの製造装置を示す模式断面図である。
【図３】従来の光ディスクの製造装置を示す模式断面図である。
【図４】実施例１〜２及び比較例１〜２で製造された光磁気ディスクの保護膜の膜厚分布を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１  基板
２  ターンテーブル吸着部
３  ターンテーブル
４  整流板
５  アウターカップ
６  排気孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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