(57)【要約】【課題】基板を回転させて基板表面に塗布液を展開させることにより基板上に塗膜を形成する回転塗布装置において、回転駆動用モーターからの発熱が基板チャックステージの表面温度を上昇させることを簡単な手段により防ぎ、均一に膜厚制御された塗膜を基板上に形成できる回転塗布装置を提供すること。【解決手段】基板を載置する基板チャックステージが、接合フランジを介して回転駆動軸と結合し、回転駆動軸に回転力を供給する駆動用モーターが接続する構造の中で、駆動用モーターから基板チャックステージに至る回転駆動軸または接合フランジの熱流路が熱流路中に設けた低熱伝導率材により遮られる。【選択図】図１
2012234935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面の中央部に塗布液を付与し、中央部における基板の法線を軸として基板を回転させて基板表面に塗布液を展開させることにより、基板上に塗膜を形成する回転塗布装置であって、
基板を載置する基板チャックステージが、接合フランジを介して回転駆動軸と結合し、回転駆動軸に回転力を供給する駆動用モーターが接続する構造の中で、
駆動用モーターから基板チャックステージに至る回転駆動軸または接合フランジの熱流路が熱流路中に設けた低熱伝導率材により遮られることを特徴とする回転塗布装置。
【請求項２】
前記低熱伝導率材が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１に記載の回転塗布装置。
【請求項３】
前記低熱伝導率材として、熱可塑性の耐熱性プラスチックを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の回転塗布装置。
【請求項４】
前記低熱伝導率材として、フッ素樹脂を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転塗布装置。
【請求項５】
前記接合フランジの熱流路中に密閉された空気層を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転塗布装置。
【請求項６】
前記回転駆動軸の表面近傍の周囲を軸方向に覆う冷却用ガイド筒を付設して、回転駆動軸と冷却用ガイド筒との隙間を通して冷却用エアーを駆動用モーターに向けて流せるように、冷却用エアーノズルを配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回転塗布装置。
【請求項７】
基板表面の中央部に塗布液を付与し、中央部における基板の法線を軸として基板を回転させて基板表面に塗布液を展開させることにより、基板上に塗膜を形成する回転塗布装置であって、
駆動用モーターからの回転力を伝達する回転駆動軸の表面近傍の周囲を軸方向に覆う冷却用ガイド筒を付設して、回転駆動軸と冷却用ガイド筒との隙間を通して冷却用エアーを駆動用モーターに向けて流せるように、冷却用エアーノズルを配置したことを特徴とする回転塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に付与した塗布液を基板の回転により均一な膜厚に塗布する回転塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子や平面表示装置の製造工程において、感光性樹脂であるフォトレジストや非感光性の有機膜の塗膜形成に回転塗布装置が広く利用されている。
図２に、回転塗布装置の構成を模式的に示す。基板を保持するための基板チャックステージ１の上面に、塗膜を形成する基板２を水平に保持し、塗布液３を基板２上に均一に塗布するための装置の例である。
【０００３】
回転塗布装置は、基板２の上表面の中央部に塗布液３を付与し、中央部における基板の法線を軸として基板２を回転させて基板表面に塗布液を展開させることにより、基板２上に塗膜を形成するものであって、基板２を載置する基板チャックステージ１が、基板を載置する側の反対面の中央部に設けた接合フランジ４を介して回転駆動軸５と結合し、回転駆動軸５に回転力を供給する駆動用モーター６が接続する構造を有する。回転駆動軸５の回転状態を曲線矢印で示している。
【０００４】
近年、回転塗布装置において形成する塗膜を均一に薄く設けるという要請が多く、そのために、回転塗布装置の回転速度を高速にしたり、回転速度の加速、減速の条件を組み合わせたりする検討が行われている。また、液晶表示装置を始めとする平面表示装置用のパターン形成基板をフォトリソグラフィ法で製造するにあたり、膜厚の薄い微細化パターンを大型基板上に形成する場合が多くなり、大型基板を高速で回転させる塗布装置の必要性も高くなっている。
【０００５】
上記のように、回転の負荷が大きい場合に、回転力を供給する駆動用モーター６に高いパワーを要し、連続稼働を続けると累積するエネルギー損失により総発熱量が大きくなる。発生した熱が回転駆動軸５を介してステージに伝わる結果、ステージ表面温度が上昇する。図３は、従来の回転塗布装置の使用経過に従って、ステージ表面温度が変化する状況を示すグラフである。グラフ内の両横方向の太い矢印の領域が回転塗布装置の稼働時間帯を示し、横軸の経過時間に従って、稼働とともに縦軸のステージ表面温度が上昇し、両方向矢印のない休止時間帯には、ステージ表面温度が低下することを示す。
【０００６】
上記連続稼働によるステージ表面温度の上昇は、ステージ上に載置する基板２とその上に塗布する塗布液３の温度上昇を引き起こす。その結果、基板上に塗布された塗膜の乾燥ムラが引き起こされるという不具合が生じる。この問題を解決するために、駆動用モーター６からの発熱を吸収する目的で、回転駆動軸５に冷却水を流すことが提案された（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６４−５３４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、回転塗布装置の発熱源である駆動用モーター６からの発熱を吸収するために回転駆動軸５に冷却水を流すことで、連続稼働によるステージ表面温度の上昇は抑制
される。しかしながら、冷却水の貯蔵や通路を確保することは、回転塗布装置の構成を複雑にし、装置の設置上の制約を課したり、保守のための負荷を大きくするので、使いやすい装置とすることができない。
【０００９】
一方、ステージ表面温度の上昇に伴う悪影響は、塗膜の乾燥ムラの発生に留まらず、塗布液のレオロジー的性質の変化により、同一の回転速度で塗布した場合の膜厚が表面温度により変化して、安定した膜厚管理をする妨げともなる。しかも、微細化パターンを大型基板に形成する傾向は益々強まり、大きな回転負荷を伴う回転塗布装置の必要性は益々高くなってきたので、ステージ表面温度の上昇を防ぐための効果的な手段が今まで以上に強く求められるようになった。また、温度勾配に従って生じる熱流路は、図４の模式断面図にブロック矢印で示すように、駆動用モーター６から回転駆動軸５と接合フランジ４とを伝わって基板チャックステージ１に向かうので、熱流路全体に亘る対策を考えることが特に重要になる。
【００１０】
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、基板を回転させて基板表面に塗布液を展開させることにより基板上に塗膜を形成する回転塗布装置において、回転駆動用モーターからの発熱が基板チャックステージの表面温度を上昇させることを簡単な手段により防ぎ、均一に膜厚制御された塗膜を基板上に形成できる回転塗布装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、基板表面の中央部に塗布液を付与し、中央部における基板の法線を軸として基板を回転させて基板表面に塗布液を展開させることにより、基板上に塗膜を形成する回転塗布装置であって、基板を載置する基板チャックステージが、接合フランジを介して回転駆動軸と結合し、回転駆動軸に回転力を供給する駆動用モーターが接続する構造の中で、駆動用モーターから基板チャックステージに至る回転駆動軸または接合フランジの熱流路が熱流路中に設けた低熱伝導率材により遮られることを特徴とする回転塗布装置である。
回転駆動軸または接合フランジの熱流路を低熱伝導率材により遮る構造を作ることは、その作製工程で容易に可能であり、上記の構造を有する回転塗布装置は、駆動用モーターからの発熱による基板チャックステージの表面温度の上昇を防ぐことができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記低熱伝導率材が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１に記載の回転塗布装置である。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記低熱伝導率材として、熱可塑性の耐熱性プラスチックを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の回転塗布装置である。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記低熱伝導率材として、フッ素樹脂を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転塗布装置である。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、前記接合フランジの熱流路中に密閉された空気層を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転塗布装置である。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、前記回転駆動軸の表面近傍の周囲を軸方向に覆う冷却用ガイド筒を付設して、回転駆動軸と冷却用ガイド筒との隙間を通して冷却用エアーを駆動用モーターに向けて流せるように、冷却用エアーノズルを配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回転塗布装置である。
冷却用エアーを、駆動用モーターに向けて、回転駆動軸と付設した冷却用ガイド筒との隙間に流すことにより、駆動用モーターから熱伝導してくる熱を吸収するので、熱流路を低
熱伝導率材で遮る構造による働きと併せて、基板チャックステージから駆動用モーター寄りの部分で温度上昇を防ぐことができ、基板チャックステージの表面温度の上昇を防止できる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、基板表面の中央部に塗布液を付与し、中央部における基板の法線を軸として基板を回転させて基板表面に塗布液を展開させることにより、基板上に塗膜を形成する回転塗布装置であって、駆動用モーターからの回転力を伝達する回転駆動軸の表面近傍の周囲を軸方向に覆う冷却用ガイド筒を付設して、回転駆動軸と冷却用ガイド筒との隙間を通して冷却用エアーを駆動用モーターに向けて流せるように、冷却用エアーノズルを配置したことを特徴とする回転塗布装置である。
冷却用エアーを、駆動用モーターに向けて、回転駆動軸と付設した冷却用ガイド筒との隙間に流すことにより、駆動用モーターから熱伝導してくる熱を吸収するので、基板チャックステージから駆動用モーター寄りの部分で温度上昇を防ぐことができ、基板チャックステージの表面温度の上昇を防止できる。しかも、冷却用エアーは、最終排出口を開放することが可能であり、吐出量と経路を簡単に制御できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１に記載の回転塗布装置は、駆動用モーターから基板チャックステージに至る回転駆動軸または接合フランジの熱流路を低熱伝導率材により遮る構造を有するので、駆動用モーターからの発熱が基板チャックステージの表面温度を上昇させることを簡単な手段により防ぎ、均一に膜厚制御された塗膜を基板上に形成できる。
また、本発明の請求項６ならびに請求項７に記載の回転塗布装置は、冷却用エアーを、駆動用モーターに向けて、回転駆動軸と付設した冷却用ガイド筒との隙間に流すことにより、駆動用モーターから熱伝導してくる熱を吸収するので、基板チャックステージから駆動用モーター寄りの部分で温度上昇を防ぐことができ、基板チャックステージの表面温度の上昇を簡単に防止でき、均一に膜厚制御された塗膜を基板上に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の構成例を説明するための模式断面図であって、熱流路を遮る低熱伝導率材の配置箇所により、それぞれ、（ａ）回転駆動軸中に配置する場合、（ｂ）接合フランジ中に配置する場合、（ｃ）接合フランジ中に配置し密閉された空気層を有する場合、を示す。
【図２】従来の構成例を説明するための模式断面図である。
【図３】従来の回転塗布装置の使用経過に従って、ステージ表面温度が変化する状況を示すグラフである。
【図４】従来の構成例で使用した場合の熱流路を説明するための模式断面図である。
【図５】本発明の他の構成例を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の構成例を説明するための模式断面図であって、熱流路を遮る低熱伝導率材の配置箇所により、それぞれ、図１（ａ）回転駆動軸中に配置する場合、図１（ｂ）接合フランジ中に配置する場合、図１（ｃ）接合フランジ中に配置し密閉された空気層を有する場合、を示す。
【００２１】
本発明は、基板２表面の中央部に塗布液３を付与し、中央部における基板の法線を軸として基板２を回転させて基板表面に塗布液３を展開させることにより、基板上に塗膜を形成する回転塗布装置であって、基板２を載置する基板チャックステージ１が、接合フランジ４を介して回転駆動軸５と結合し、回転駆動軸に回転力を供給する駆動用モーター６が接続する構造の中で、駆動用モーター６から基板チャックステージ１に至る回転駆動軸５
または接合フランジ４の熱流路が低熱伝導率材により遮られることを特徴とするが、図１（ａ）では、回転駆動軸５の一部で、駆動用モーター６から基板チャックステージ１に向かう熱流路を遮るように低熱伝導率材５２を、金属材等の通常の熱伝導率の高い回転駆動軸５１に埋設する。なお、この場合の埋設とは、回転駆動軸５の熱流路方向に垂直な一定の断面の全域を遮るように配置することを指す。全域を遮らずに、熱流路方向に沿って熱伝導率の高い材料が残ることは、断熱効果が大きく低下するので避ける。低熱伝導率材５２の熱流路方向に沿う長さは、断熱効果と回転駆動軸としての強度と加工の難易度等を考慮して決めることができる。
【００２２】
前記回転駆動軸として埋設される低熱伝導率材５２は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有することが望ましい。熱伝導率は低いほど本発明の目的には好ましいが、加工性、強度、耐薬品性、入手容易性等のその他の適性も考慮して選択する。一般に金属材料では、熱伝導性のあまり高くない材料であっても、上記の１０Ｗ／ｍ・Ｋを超えており、本発明における低熱伝導率材としては、少なくとも金属材料を除外した方が良い。
【００２３】
さらに、前記回転駆動軸として埋設される低熱伝導率材５２は、熱可塑性の耐熱性プラスチックを用いることが望ましい。ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、フッ素樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、等の結晶性スーパーエンプラに代表される熱可塑性の耐熱性プラスチックは、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下と充分低い上に、加工性、強度、耐薬品性、等においても他のプラスチックより優れた点が多い。耐薬品性の中でも特に耐溶剤性に優れ、回転塗布装置に使用する塗布液中に含有する各種溶剤や、基板チャックステージの周辺に飛散する塗布液を洗浄するための洗浄溶剤等に対して、優れた耐性を有する材料である。
【００２４】
また、前記回転駆動軸として埋設される低熱伝導率材５２は、フッ素樹脂を用いることが望ましい。フッ素樹脂は、分子中にフッ素を含有する樹脂の総称であって、具体的な物質名としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等があり、前記特性上優れているだけでなく、比較的入手も容易である。
【００２５】
図１（ｂ）は、前記熱流路を遮る低熱伝導率材を接合フランジ中に配置する例であって、本発明の改良型接合フランジ４１の一部断面を拡大表示した破線で囲った引き出し部に示すように、ステージ側フランジ４２と駆動軸側フランジ４３とを単に接合するのではなく、それらの間に低熱伝導率材からなる板状のスペーサー４４を挟む構造を有する。低熱伝導率材スペーサー４４の熱流路方向に沿う厚さや形状は、断熱効果と接合フランジとしての強度と加工の難易度等を考慮して決めることができる。
【００２６】
上記板状のスペーサー４４に用いる低熱伝導率材は、前述の回転駆動軸として埋設される低熱伝導率材５２と同様の素材を用いることができる。但し、異なる部位において異なる形状で使用されるので、好ましい熱伝導率や加工特性や強度は別途選択すれば良い。
【００２７】
図１（ｃ）は、接合フランジ中に配置し密閉された空気層を有する例であり、前記熱流路を遮る低熱伝導率材の主要部が空気層によって担われる例である。本発明の改良型接合フランジ４５の一部断面を拡大表示した破線で囲った引き出し部に示すように、ステージ側フランジ４２と駆動軸側フランジ４３とを単に接合するのではなく、それらの間にリング状のスペーサー４６と密閉された空気層４７とを挟む構造を有する。リング状スペーサー４６の熱流路方向に沿う厚さやリング形状は、断熱効果と接合フランジとしての強度と加工の難易度等を考慮して決めることができる。
【００２８】
なお、空気の熱伝導率は前記各種プラスチックよりさらに低く、熱伝導による熱流は極めて小さいが、接合フランジ中の密閉された空気層４７が対流を起こすことによる熱流は無視できない。このため、対流する空気層がステージ側フランジ４２と駆動軸側フランジ４３との界面で熱交換することを妨げるための低熱伝導率材からなる層を界面に設けることがさらに好ましい。上記の目的のためには、数μｍ〜数十μｍ程度の厚さの層を、ステージ側フランジ４２と駆動軸側フランジ４３のそれぞれの対向する面に予め形成しておくことが望ましい。
【００２９】
上記リング状のスペーサー４６は、低熱伝導率材からなることが望ましいが、図１（ａ）または（ｂ）の例とは異なり、スペーサー部分での熱遮断が熱流路方向に垂直な一定の断面の全域に亘らず、空気層４７が熱遮断の主要部を構成するので、図１（ａ）または（ｂ）の例と同等の低熱伝導率材を用いることは必ずしも必要ではなく、高熱伝導率材ではない一定レベルの低熱伝導率材を用いることができる。すなわち、異なる部位において異なる形状で使用されるので、好ましい熱伝導率や加工特性や強度は別途選択することができる。
【００３０】
なお、本発明の、回転駆動軸または接合フランジの熱流路を低熱伝導率材により遮る構造を有する回転塗布装置は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）何れの形態も可能である上、（ａ）と（ｂ）、または（ａ）と（ｃ）を組み合わせた形態も可能である。すなわち、回転駆動軸および接合フランジの両方で熱流路を低熱伝導率材により遮る構造を有することも可能である。
【００３１】
図５は、本発明の他の構成例を説明するための模式断面図である。
本発明は、基板２表面の中央部に塗布液３を付与し、中央部における基板の法線を軸として基板２を回転させて基板表面に塗布液３を展開させることにより、基板上に塗膜を形成する回転塗布装置であって、駆動用モーター６からの回転力を伝達する回転駆動軸５の表面近傍の周囲を軸方向に覆う冷却用ガイド筒７１を付設して、回転駆動軸５と冷却用ガイド筒７１との隙間を通して冷却用エアーを駆動用モーター６に向けて流せるように、冷却用エアーノズル７２を配置したことを特徴とする回転塗布装置である。
【００３２】
前記冷却用ガイド筒７１は、ステンレス等の金属板を加工して作製することができ、回転駆動軸５や駆動用モーター６と接触しないように、一定量の隙間を空けて上下端を開放とし、周囲に支えを設けて（図示せず）設置する。隙間が広すぎると冷却用エアーの効果が薄れるため、冷却用エアーの流速を一定レベル以上とするように設計する。冷却用エアーノズル７２は、図の上部、すなわち基板チャックステージ下部の、他の部分と接触しない位置に固定して、前記回転駆動軸５と冷却用ガイド筒７１との隙間から冷却用エアーを駆動用モーター６に向けて流せるように設置する。冷却用エアーは直線矢印に従って流れ、単位時間当たりの流量とエアー温度を適正に設定することにより、駆動用モーター６からの発熱を吸収して基板チャックステージの温度上昇を防止できる。冷却用エアーとしては、乾燥空気を用いることが好ましく、また、液体窒素を気化させた乾燥窒素を使用することもできる。
【００３３】
なお、図５に示した冷却用エアーを、駆動用モーターに向けて、回転駆動軸と付設した冷却用ガイド筒との隙間に流すことにより、駆動用モーターから熱伝導してくる熱を吸収する機構と、図１に示した回転駆動軸または接合フランジの熱流路を低熱伝導率材により遮る構造と、を共に有する構造の回転塗布装置を提供することも可能であり、熱の吸収と遮断を各機構で分担して担うことができるので、設計上の各種の制約を緩和することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・基板チャックステージ
２・・・基板
３・・・塗布液
４・・・接合フランジ
５・・・回転駆動軸
６・・・駆動用モーター
４１、４５・・・改良型接合フランジ
４２・・・ステージ側フランジ
４３・・・駆動軸側フランジ
４４・・・スペーサー（低熱伝導率材）
４６・・・リング状スペーサー
４７・・・空気層
５１・・・回転駆動軸（金属材）
５２・・・回転駆動軸（低熱伝導率材）
７１・・・冷却用ガイド筒
７２・・・冷却用エアーノズル
【図１】
2012234935.tif 000003
【図２】
2012234935.tif 000004
【図３】
2012234935.tif 000005
【図４】
2012234935.tif 000006
【図５】
2012234935.tif 000007