JPH09192573A

JPH09192573A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH09192573A
Application number: JP8008098A
Authority: JP
Inventors: Ushio Sagawa; 潮寒川; Hiroshi Ogura; 洋小倉; Masayoshi Miura; 眞芳三浦; Toshiyuki Iwazawa; 利幸岩澤; Hiroyuki Naka; 裕之中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1996-01-22
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】塗布液の利用効率を向上し、周囲環境変動の
影響を受けにくい膜形成方法及び薄膜形成装置を提供す
ることを目的とする。【解決手段】塗布液を貯蔵するタンク１３と、被塗布
基板１１上にタンク１３からの塗布液を吐出する吐出手
段１２と、被塗布基板１１を吐出手段１２に対して塗布
液の吐出が開始される第１の位置及び塗布液の吐出が終
了する第２の位置を経由するように相対的に移動する移
動手段１０ｂと、被塗布基板１１を回転する回転手段１
０ａと、被塗布基板１１の吐出手段１２に対する相対的
な移動を、第１の位置から第２の位置までの少なくとも
一部において、被塗布基板１１の回転運動により塗布液
が流動する流動方向と反対向きであるように移動手段１
０ｂを制御する制御手段とを有する薄膜形成装置及び薄
膜形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜形成方法、装
置に関し、特に液状物質を複数の微少ノズルより吐出し
て基板に付着させ、付着した液状物質を乾燥・硬化させ
て薄膜（広義には１００μｍ以下で一般には１０μｍ以
下の膜厚のものをさす）を形成する方法、装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄膜技術の応用分野は多岐にわた
り、その形成方法もスパッタや蒸着のように真空装置を
用いる方法以外に、高価な真空装置を必要としない、ス
ピン塗布，印刷，ダイコート等の方法によっても作製さ
れている。

【０００３】特に、スピン塗布は、半導体製造工程にお
いてレジスト膜の形成やＳＯＧなどの層間絶縁膜の形成
等に利用されているだけでなく、光ディスクの製造工程
においても保護膜の形成技術として広く利用されてい
る。

【０００４】以下、従来のスピン塗布装置（スピンコー
タ）について説明する。図７は、従来のスピンコータに
よる薄膜形成工程を示したものである。

【０００５】図７において、１００はスピンコータ本体
の回転軸，２００は資料固定基板である。また、３００
は塗布用の液体５００を吐出するノズルであり、４００
は資料固定基板２００上に載置された薄膜形成用の基板
である。

【０００６】このようなスピンコータでは、まず図７
（ａ）に示すように、ノズル３００により、基板４００
に液体５００を吐出させる。

【０００７】ついで、図７（ｂ）に示すように、スピン
コータを低速回転ω１（例えば６０ｒｐｍ）で回転させ
て、液体５００を基板４００になじませる。

【０００８】そして、図７（ｃ）に示すように、高速回
転ω２（例えば４５００ｒｐｍ）で基板４００を回転さ
せることにより、余分な液体を飛散液７００として基板
４００から除去し、所望の膜厚の薄膜６００を形成す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで以上のような
スピン塗布において、ノズル３００より供給される液体
５００のうち実際に基板４００上に薄膜として残るの
は、基板と液体の相性にも依存するが、一般に供給され
た液体の２０％以下であり、供給された液体のほとんど
が飛散液７００となり基板より除去されることになる。

【００１０】これは、基板４００上に液体５００を充分
量供給しないと、液体５００と基板４００の充分ななじ
みが得られず、仮に液体５００の量を減らした場合、液
体５００と基板４００のなじみの悪い部分に塗り残しや
膜圧の不均一な分布を発生させてしまうからである。

【００１１】更に、このような膜厚の不均一性を除去
し、スピン塗布装置周囲の環境変数が変化した場合でも
良好な塗布面を得るためには、必要量よりはるかに多い
液量が供給されなければならない。

【００１２】例えば、外径１２０ｍｍの光ディスク（基
板４００に相当）に膜厚３μｍの保護膜を形成する場
合、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂溶液（液体５００に相当）
をノズル３００より約２ｇをディスク上に供給するが、
実際に３μｍの膜厚を形成するのに必要な液量は４０ｍ
ｇ程度であり、供給液量の９８％に相当する約１．９６
ｇもの液が飛散液７００として捨てられてしまうことに
なる。

【００１３】液の種類によれば、飛散液７００を再回収
し何度も利用する方式を採用することもできるが、再回
収装置にという新たな設備投資が必要なうえに、回収を
繰り返すうちに液の劣化や濡れ性，表面張力などの性質
が変化する恐れがあり、実用性は限定される。

【００１４】以上のように従来のスピンコータで薄膜を
形成する場合は、液体の利用効率が大変悪く、生産コス
トを上昇させるという課題を有していた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の課題を解決するもので、基板に塗布液を供給する吐出
ヘッドとして印刷装置のインクの吐出に使用可能なイン
クジェットヘッドを用い、塗布液の吐出領域における基
板のインクジェットヘッドに対する相対的な移動は、基
板の回転運動により塗布液が流動する流動方向と反対向
きであるような構成を有する薄膜形成方法と薄膜形成装
置である。

【００１６】このような構成により、基板上への供給液
量を下げながらも基板の全面に均一に滑らかな薄膜を形
成して、塗布液の利用効率の向上、ひいては生産コスト
の抑制を実現する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
被塗布基板を吐出トヘッドから塗布液が吐出され始める
第１の位置まで前記吐出ヘッドと相対的に移動する第１
の移動工程と、前記第１の位置の被塗布基板を前記吐出
トヘッドから塗布液が吐出され終わる第２の位置まで前
記吐出ヘッドと相対的に移動する第２の移動工程と、前
記第２の位置の被塗布基板を更に前記吐出ヘッドと相対
的に移動する第３の移動工程と、少なくとも前記第２の
移動工程と時間的に重複して前記被塗布基板を回転運動
させる回転工程と、前記第２の移動工程及び前記回転工
程と時間的に重複して前記被塗布基板上に前記吐出ヘッ
ドから塗布液を吐出して薄膜を形成する薄膜形成工程と
を有する薄膜形成方法であって、前記第２の移動工程に
おける相対的な移動は、前記被塗布基板の回転運動によ
り塗布液が流動する流動方向と反対向きである薄膜形成
方法である。

【００１８】ここで、請求項２記載のように、第２の移
動工程における相対的な移動は、被塗布基板の回転運動
により塗布液が流動する流動方向と反対向きであり、相
対的な移動の速度の大きさが前記流動する速度と略等し
いことが好適である。

【００１９】又は、請求項１４記載のように、塗布液を
貯蔵するタンクと、被塗布基板上に前記タンクからの塗
布液を吐出する吐出手段と、前記被塗布基板を前記吐出
手段に対して前記塗布液の吐出が開始される第１の位置
及び前記塗布液の吐出が終了する第２の位置を経由する
ように相対的に移動する移動手段と、前記被塗布基板を
回転する回転手段と、前記被塗布基板と前記吐出手段と
の相対的な移動を、前記第１の位置から前記第２の位置
までの少なくとも一部において、前記被塗布基板の回転
運動により塗布液が流動する流動方向と反対向きである
ように前記移動手段を制御する制御手段とを有する薄膜
形成装置である。

【００２０】このような構成により、被塗布基板に塗布
された塗布液の膜面が均一に滑らかになる。

【００２１】更に、請求項３や請求項４記載のように、
第１の位置及び／又は第２の位置において、被塗布基板
上に単位面積当たりに吐出された塗布液の量が、前記第
１の位置から第２の位置までの被塗布基板上の単位面積
当りに吐出された塗布液の量よりも多い構成が好適であ
る。

【００２２】より具体的には、請求項５記載のように、
塗布液の吐出開始後所定期間及び／又は前記塗布液の吐
出終了後所定期間において、被塗布基板の相対的な移動
が停止されており、更に、請求項６記載のように、塗布
液の吐出開始前所定期間から及び／又は前記塗布液の吐
出終了後所定期間まで、被塗布基板が回転運動されてい
る構成が好適である。

【００２３】換言すれば、請求項７記載のように、第２
の移動工程は、第１の移動工程が終了し所定期間経過後
開始され、第３の移動工程は、前記第２の移動工程が終
了し所定期間経過後開始され、回転工程は、前記第２の
移動工程の開始前に開始され前記第２の移動工程の終了
後に終了される構成が好適である。

【００２４】更に、好適には、請求項８記載のように、
塗布液の吐出終了後に被塗布基板を回転させる第２の回
転工程を有し、第２の回転工程における回転数の大きさ
は、前記第２の回転工程以前の回転運動の回転数の大き
さよりも大きい構成を有し、更に、請求項９記載のよう
に、第２の回転工程と第３の移動工程とが時間的に重複
させてもよい。

【００２５】より詳細には、請求項１０記載のように、
被塗布基板は円盤状基板であり、第２の移動工程におけ
る相対的な移動は、前記円盤状基板の中心を通る等速直
線運動であり、回転工程における回転運動は等速回転運
動である構成である。

【００２６】以上のような構成により、請求項１１記載
のように、被塗布基板は、第１の材料の基体上に第２の
材料の層を部分的に有し、前記基体と前記第２の材料の
層との境界部も塗布液で被覆され、より好適には、請求
項１２記載のように、被塗布基板は、前記被塗布基板の
側面も塗布液で被覆される構成である。

【００２７】このような構成により、基板の基体（光デ
ィスクの場合はポリカーボネート基体）と基体上の別材
料の層（光ディスクの場合は金属蒸着膜）との境界部の
被覆性や、バリが発生し易い基板端部の被覆性が向上
し、その後の第２の回転工程がレベリング工程となり、
基板上に均一な薄膜を形成する。

【００２８】ここで、吐出ヘッドは、請求項１３記載の
ような複数の微細なノズルから塗布液を吐出し、更に、
前記塗布液の吐出量を制御する制御工程を有することが
好適である。

【００２９】一方、請求項１４記載の被塗布基板と吐出
手段との相対的な移動を、第１の位置から第２の位置ま
での少なくとも一部において、前記被塗布基板の回転運
動により塗布液が流動する流動方向と反対向きであるよ
うに前記移動手段を制御する制御手段は、請求項１５記
載のように、吐出手段からの塗布液の吐出量をも制御す
ることもできる。

【００３０】この塗布液の吐出量の制御は、請求項１６
記載のように、吐出手段周囲の温度及び／又は被塗布基
板周囲の温度を制御したり、タンク内の塗布液の液面の
高さを制御したり、空気流を利用して複数の微細なノズ
ルから塗布液を吐出するインクジェットヘッドの前記空
気流を制御することにより行なわれる。

【００３１】このような制御手段により、更に、周囲の
環境に左右されずに塗布液の塗布を実行する。

【００３２】また、周囲の環境変動を排除したり補償す
ることを目的とするのであれば、請求項１９記載のよう
に、塗布液を貯蔵するタンクと、前記タンクからの塗布
液を空気流を利用して複数の微細なノズルから被塗布基
板上に吐出する吐出手段と、前記被塗布基板を前記吐出
手段に対して前記塗布液の吐出が開始される第１の位置
及び前記塗布液の吐出が終了する第２の位置を経由する
ように相対的に移動する移動手段と、前記被塗布基板を
回転する回転手段と、前記吐出手段の周囲の温度及び／
又は前記被塗布基板の周囲の温度を制御して、及び／又
は前記タンク内の塗布液の液面の高さを制御して、及び
／又は前記空気流を制御して、前記吐出手段からの塗布
液の吐出量を制御する制御手段とを有する構成も採用し
得る。

【００３３】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照しながらより詳細に説明する。

【００３４】（実施の形態）図１は本実施の形態におけ
る塗布装置の概略構成図である。

【００３５】図１において、１０ａはθステージ、１０
ｂはＸステージであり、被塗布基板１１に回転運動と並
進運動を各々独立に与えることができる。

【００３６】ここで、本実施形態における被塗布基板１
１は、光ディスクとし、後述するように、この表面は、
ポリカーボネート基板の信号記録領域付近のみに金属蒸
着膜が施された構造をしている。

【００３７】次に、１２は空圧制御方式に代表されるイ
ンクジェットヘッド、１３は塗布液を貯蔵する塗布液タ
ンク、１４は圧力制御系である。この圧力制御系１４
は、図示のように配管されており、インクジェットヘッ
ド１２から所定の吐出量が得られるように、空気圧力や
空気流量）を制御する。

【００３８】ここで、本実施形態における塗布液は、Ｕ
Ｖ硬化性樹脂溶液であり、後述するように光ディスクの
金属蒸着膜の劣化防止用保護膜を形成するのに用いられ
るものである。

【００３９】また、この空圧制御方式のインクジェット
ヘッド１２は、加圧空気が供給されている間は、絶えず
多量の空気を下方に噴射し続けているので、インクジェ
ットヘッドが基板にあまりにも近接していると、塗布膜
の膜厚によっては塗布後の液面を空気流で荒らす場合が
ある。

【００４０】一方で、あまりにも基板から遠ざけた位置
にインクジェットヘッドがあると、ノズルからの液滴が
基板面に到達するまでに拡散してしまい、塗りはじめの
境界が不明瞭になったり、塗布膜の必要のない領域まで
塗布液が散布されたりすることがあるため、両者の距離
はこれらの考慮の上決定するが、本実施の形態では、距
離は３ｍｍ〜５ｍｍに設定した。

【００４１】次に、１５は集中制御系であり、θステー
ジ１０ａとＸステージ１０ｂの運動の制御や、塗布液吐
出のオン・オフのタイミング管理を行うのであるが、そ
れ以外に符号１６〜１８で示す環境制御系ａ〜ｃと前述
の圧力制御系１４と協働して、温度・湿度・気圧などの
塗布装置周囲の環境変動による塗布装置への影響を打ち
消すようにも動作する。

【００４２】具体的には、塗布液の吐出量は、主に、以
下のパラメータに依存する。（１）塗布液の粘度、表面張力；（２）インクジェットヘッドに供給される空気流量；及
び（３）インクジェットヘッドのノズル面の高さを基準に
したときの塗布液タンクの液面高さである。

【００４３】そこで、（１）から（３）のパラメータ
が、周囲環境の変動に影響されるのを防ぐ目的で、集中
制御系１５は、環境制御系１６と１８を介して、（１）
の塗布液の粘度と表面張力を制御すべくインクジェット
ヘッド１２と被塗布基板１１の近辺での温度管理を行
い、圧力制御系１４を介して（２）の空圧制御と空気流
量制御を行い、そして環境制御系１７を介して（３）の
液面の高さ管理を行っている。

【００４４】また、塗布液の物性値は、ロット依存性が
なく、経時変化が発生せず、常に一定であることが望ま
しいが、実際には必ず多少のばらつきがある。

【００４５】この対策としては、塗布液の物性値をロッ
ト毎あるいは日常的にモニタリングして調整したり、所
定の範囲の物性値を持つ塗布液をあらかじめ選別して使
用すればよいが、製造コストの上昇を招いてしまう。

【００４６】しかし、本実施形態のように、環境制御系
を設ければ、このような塗布液の物性値のばらつきを効
果的に吸収され、無用なコスト上昇を招かない。

【００４７】さらに、異なった液種の塗布液の塗布をす
る場合には、液種によって異なる物性値を環境制御系を
操作することにより変化させ、大幅な工程の変更を伴わ
ずに良好な塗布面を得られるようにすることも可能にな
る。

【００４８】これは、他の製品ラインへ簡便に転用でき
ることをも示唆しており、設備投資の削減や装置稼働率
の向上という大きな利益を得ることも可能であることを
意味している。

【００４９】次に、図１に記載のインクジェットヘッド
１２の具体的な構造と動作原理について、図２を用いて
説明する。

【００５０】ここで、本実施形態のインクジェットヘッ
ドは、微小なノズルが多数１次元あるいは２次元的に分
布しているのであるが、図２はそのうちの１つを代表的
に示したものであり、塗布液の吐出方向を含む平面での
ノズルの断面図である。

【００５１】まず、１９は塗布液吐出口を、２０は気体
吐出口を示している。また、２１は図１の塗布液タンク
１３よりインクジェットヘッド１２に供給されている塗
布液を、２２は図１の圧力制御系４より供給された空気
等の気体の流れ（気流）を示している。

【００５２】安定した気流を液体吐出口１９近辺に生成
するために、気体吐出口２０の吐出側の周囲に土手状の
凸部を設けるとともに、液体体吐出口１９と気体吐出口
２０の距離も適当に調整してある。

【００５３】この液体吐出口１９の凸部は、塗布液が液
体吐出口１９の出口で形成するメニスカス面の安定性を
向上させる役割をも有する。

【００５４】また、液体吐出口１９と気体吐出口２０は
同軸上に配置され、気体吐出口２０からは一定流速の気
流２２が流出しており、気流２２の流れにともない液体
吐出口１９直前の領域には安定した圧力Ｐａが生じる。

【００５５】一方、図１の塗布液タンク１３は、圧力制
御系１４により加圧されているため、液体吐出口１９の
塗布液２１の液面には圧力Ｐｉが生じる。

【００５６】図２（ａ）は、ＰａとＰｉがほぼ等しく、
塗布液吐出口１９に保持された状態を示し、図２（ｂ）
は、図１の圧力制御系１４の圧力制御により液体吐出口
１９に加わる圧力がＰａとつりあったＰｉより小さな圧
力Ｐｂに調節されたために、圧力差（Ｐｉ−Ｐｂ）によ
って塗布液が吐出する様子を示している。

【００５７】今、塗布液タンク１３の液面に圧力ｐが加
えられており、液面とメニスカス面の高さの差がｈ、塗
布液の密度をρ、メニスカス面が破れる時のメニスカス
表面に加わる圧力の最大値をＰｍａｘとすると、液面高
さｈと圧力ｐが一定の場合、以下の（数１）の圧力Ｐｂ
となるように調整すれば、それに対応して塗布液が吐出
される。なお、塗布液供給経路における圧力損失はない
ものとする。

【００５８】

【数１】つまり、塗布液の単位時間当たりの吐出量は、装置構成
が同一の場合、塗布液の粘度、表面張力及び密度という
物性値と、幾何学的なパラメータである液面高さｈ、そ
れと液面に加わる圧力ｐと気体圧力Ｐｂにより決定され
ることになる。

【００５９】この内のいずれかのパラメータを用いても
吐出量の管理が可能であるが、本実施の形態では、主に
調整が容易で広く変化させることの可能な液面高さｈと
圧力Ｐｂにより、吐出量の増減を行なった。

【００６０】なお、残りのパラメータは、環境制御系で
耐環境変動のために用いられることになる。

【００６１】ここで、液面高さｈの調整をする場合、実
際にはある範囲内で行わなければならない。

【００６２】というのは、メニスカス面に比べ液面が余
りにも低すぎると、圧力制御系１４により、ＰｂがＰｉ
とバランスするはずのＰａになり、塗布液の吐出が停止
しても、メニスカス面が塗布液吐出口１９で安定に存在
せず内側に破れることがあり、空気が塗布液供給経路を
逆流することがある。

【００６３】一方で、余りにも液面がメニスカス面より
高すぎると、ＰｂがＰａになり塗布液の吐出が停止する
はずの圧力になっても、メニスカス面が塗布液吐出口１
９で安定に存在せず外側に破れることがあり、吐出し続
けることになるからである。

【００６４】本実施形態の塗布装置を、実際の製造ライ
ンに導入し安定して動作させるためには、吐出のオン・
オフが正確で機敏に行えることが不可欠であるので、上
記のような吐出オフ時におけるメニスカスの破れや自然
吐出があってはならない。

【００６５】よって、吐出がない場合において、メニス
カス面が常に安定に存在し続けるために液面高さｈは、
以下の（数２）を満足する必要があることになる。

【００６６】

【数２】次に、本実施形態の塗布装置の塗布工程中の動作につい
て図３を用いて説明する。

【００６７】図３（ａ）は、本実施の形態における被塗
布基板１１である光ディスクの金属蒸着膜面上への、塗
布液であるＵＶ硬化樹脂溶液の塗布工程中のＸステージ
とθステージの動作と、吐出のオン・オフのタイミング
とを説明する図であり、図３（ｂ）は、光ディスク１１
とインクジェットヘッド１２の相対移動を示すための図
である。

【００６８】図３（ａ）において、横軸は時間、縦軸は
θステージの回転数とＸステージの移動速度に対応し、
実線がＸステージの移動速度の時間変化を、点線がθス
テージの回転数の時間変化を、また太い実線の延びてい
る時間帯は吐出状態が継続していることを示す。

【００６９】ここで、本実施形態における塗布工程は、
前半の「塗布液供給工程」と後半の「レベリング工程」
とに２分される。

【００７０】まず、塗布液供給工程においては、インク
ジェットヘッドから光ディスクに向けて塗布液を噴霧
し、むらなく塗布液を光ディスクに載せる動作を主体と
する。

【００７１】そして、レベリング工程においては、慣性
力（遠心力）によって発生する塗布液の光ディスクの動
径方向への流れを利用し、塗布液供給工程で残った膜厚
の不均一性の除去と膜厚の追い込みを行う動作を主体と
する。

【００７２】以下、各工程における動作について順次説
明をする。まず、図３（ｂ）で示すように、被塗布基板
１１である光ディスクをθステージ１０ａ上に装着し、
Ｘステージ１０ｂを、速度ｖ１でインクジェットヘッド
１２の直下に向けて移動する。もちろんここでの移動
は、インクジェットヘッド１２の方を移動してもかまわ
ない。

【００７３】次に、インクジェットヘッド１２のノズル
が、塗り始めの位置ｒ１に来る時刻ｔ２より前（ｔ１＜
ｔ２）に、θステージ１０ａの回転数がθ１に到達する
ように、時刻ｔ０からθステージ１０ａの回転運動を開
始する。

【００７４】これは、特別な配慮をしない限り、Ｘステ
ージ１０ｂに比べθステージ１０ａの方が、加減速に時
間がかかるため、θステージ１０ａの加速を時間的に早
くに開始して、塗布工程全体の時間短縮を図るためであ
る。

【００７５】そして、θステージ１０ａが回転数θ１に
なり、インクジェットヘッド１２が塗りはじめの位置ｒ
１に位置されると、Ｘステージ１０ｂは停止され、塗布
液の吐出が始まる。

【００７６】この状態で、Ｘステージ１０ｂは、時刻ｔ
２から時刻ｔ３まで、移動をしない待ち状態になるが、
この待ち時間が必要な理由について、図４（ａ）〜
（ｃ）を参照しながら説明する。

【００７７】待ち時間は、以下の目的で設けている。つ
まり：（ａ）塗り始めの位置の被覆性を向上させること；（ｂ）塗り始めの塗布液の形状をなめらかにすること；
及び（ｃ）塗布液の動径方向への流動の発端をつくること、
である。

【００７８】まず、図４（ａ）に示すように、被塗布基
板１１である光ディスク表面は、ポリカーボネート基板
の信号記録領域付近のみに金属蒸着膜が施された構造を
しており、塗布工程前の光ディスクには、ポリカーボネ
ート素面が露出した領域と、金属蒸着膜の領域とが隣接
して存在している。

【００７９】そして、ＵＶ硬化性樹脂は、金属蒸着膜の
劣化防止用保護膜として機能するため、金属蒸着膜の領
域を完全に被覆して密封しなければならない。

【００８０】そのため、ＵＶ硬化性樹脂を金属蒸着膜の
領域の外側、つまりポリカーボネート素面側から塗布し
ていかなければならないが、ポリカーボネート素面と金
属蒸着膜表面ではＵＶ硬化性樹脂に対する濡れ性が異な
るため、両領域の境界での塗布液のはじきが発生し、塗
布液の被覆性や膜の均一性が悪化することがある。

【００８１】それを防ぐため、それ以降の塗布領域に比
べ、塗り始めに単位面積当りに多くの塗布液を供給する
ことによって被覆性を向上させることが必要である。

【００８２】次に、レベリング工程においては、一般的
に用いられる工程と同様であるが、遠心力によって発生
する塗布液の動径方向への流れを利用して被覆膜を形成
する必要がある。

【００８３】ここで、仮に塗布液の塗り始めの境界が、
θステージ１０ａの回転軸を対称軸とする円状でなけれ
ば、塗り始めの位置の塗布液に加わる遠心力が部分的に
異なることになり、塗布液の動径方向への均一な流れが
生じなくなるために、図４（ｂ）に示したようなスポー
ク状の膜厚分布の塗布状態となってしまう。

【００８４】そこで、塗り始めの境界の形状を円形状に
するためにも、それ以降塗布される他の領域に比べ、塗
り始めに単位面積当り多くの塗布液を供給することが必
要でもある。

【００８５】更に、光ディスクの信号記録領域には、ピ
ットと呼ばれる微少な窪みが多数存在し、光ディスクに
記録されるデータの種類によってその分布状態が異な
る。

【００８６】これは、塗布液の濡れ性が一定でない分布
を持つことを意味しており、良好な塗布膜面を得るため
には、ピットによる表面の濡れ性に影響されない塗布液
の流れが必要である。

【００８７】そのためには、動径方向の塗布液の流れを
生じやすくして、基板外周まで行き渡らせることが必要
となる。

【００８８】そこで、図４（ｃ）のように塗り始めの膜
厚を、それ以降の他の領域より増加させることによって
流動の発端をつくることが必要となる。

【００８９】さて、再び、図３にもどって、このような
効果を有する時刻ｔ２からｔ３までの待ち状態の後、Ｘ
ステージ１０ｂは、速度ｖ２で塗り終わり位置ｒ２まで
移動して停止する（時刻ｔ４）。もちろんここでの移動
も、インクジェットヘッド１２の方を移動してもよい。

【００９０】この塗布中の速度ｖ２は、インクジェット
ヘッドの吐出量と一枚の基板塗布に必要な液量から下の
（数３）で算出される。

【００９１】

【数３】ここで、ｔは最終的な保護膜膜厚，ｎは光ディスクの塗
布液供給量と、最終的に膜として残る液量との比，ρは
塗布液密度，πは円周率，ｖはインクジェットヘッドか
らの単位時間当たりに吐出される塗布液質量，ｋは硬化
時における体積収縮率を表すが、本実施形態において
は、各々、ｔ＝３μｍ，ｎ＝２，ρ＝１．０７ｇ／ｃｍ
³，ｖ＝０．８ｇ／ｍｉｎ，ｋ＝０．０９８，（ｔ３−
ｔ２）＝０．１ｓｅｃ，（ｔ５−ｔ４）＝０．２ｓｅ
ｃ，ｒ１＝１７．５ｍｍ，ｒ２＝５９．５ｍｍとした。

【００９２】このように本実施形態においては、塗布液
供給量は、必要液量の２倍（ｎ＝２）に抑えられおり、
従来のスピンコータの５０倍と比較すると、供給量が顕
著に減少していることがわかる。

【００９３】なお、本実施形態において塗布液供給量を
さらに減らすことも可能であるが、工程の信頼性を考慮
してｎ＝２としたものである。

【００９４】そして、このようなパラメータを採用した
場合、インクジェットヘッドの塗布中の速度ｖ２は、約
４８０ｍｍ／ｍｉｎとなる。

【００９５】さて、最終的な保護膜の面の滑らかさを決
定する重要なパラメータの１つに、塗布液供給工程のθ
ステージ１０ａの回転数θ１があげられる。

【００９６】従来技術のスピンコート法では、塗布液供
給工程で形成される塗布液の厚みの不均一な分布を、後
のレベリング工程の振り切りで補えないきれないため、
供給液量を減らすと塗布膜の面精度が極端に落ちる傾向
にある。

【００９７】つまり、本実施形態においても、供給液量
をｎ＝２と極端に減少させたため、塗布膜の面精度は、
塗布液供給工程で光ディスク全面に如何に均一に塗布液
を塗れるかにかかっていることにはかわりない。

【００９８】そこで、本実施形態では、基本的に微少量
の液体を広い領域に均一に散布する能力を有するインク
ジェットヘッドを使用することとした。

【００９９】併せて、インクジェットヘッドからの塗布
液の吐出時に、インクジェットヘッドの位置を固定化し
て考えた場合、光ディスク上で塗布液が流動される向き
と反対側に光ディスクが相対移動されている（つまり光
ディスクの位置を固定化して考えた場合、塗布液が流動
する方向にインクジェットヘッドが相対移動されてい
る）ようにし、塗布液が流れる方向に次々と塗っていく
ことにした。

【０１００】ところが、この本実施形態におけるインク
ジェットヘッドのノズルは、図３（ｂ）に示したように
１次元的に配列されており、その配列方向はＸステージ
の移動方向に対し垂直方向である。

【０１０１】今、回転数θ１が小さ過ぎて、ノズルから
吐出した塗布液が、光ディスク上で流動しずらい場合に
は、塗布液は光ディスク上でレコード盤状の軌跡を描
き、レベリング工程を工夫しても塗布面の面精度は向上
しない。

【０１０２】一方で、回転数θ１が大き過ぎて、塗布液
の流動が激しいと、塗布液供給工程中から供給した塗布
液の一部が振り切られ、結局、図４（ｂ）に示したよう
なスポーク状の塗りむらが現れてしまう。

【０１０３】つまり、回転数θ１には、使用可能な適当
な領域が存在することがわかる。本実施形態において
は、具体的にθ１＝１５００ｒｐｍに設定して、従来の
スピンコート法と比較しても遜色のない良好な塗布面が
得られた。

【０１０４】というのは、この回転数においては、塗布
液供給工程終了時に膜厚分布の少ない良好な塗布面が得
られるため、レベリング工程中に異常な流れが発生せず
最終的な面形状が良好になるのであるが、より詳細に検
討した結果、この回転数においては、インクジェットヘ
ッドから塗布液が吐出される吐出領域において、インク
ジェットヘッドの位置を固定化して考えた場合、光ディ
スク上で塗布液が流動される向きと反対側に光ディスク
が相対移動されていること（つまり光ディスクの位置を
固定化して考えた場合、塗布液が流動する方向にインク
ジェットヘッドが相対移動されていること）に加え、そ
れらの速度の大きさがほぼ等しくなっていることが確認
された。

【０１０５】つまり、塗布液が被塗布基板上に吐出され
る吐出領域において、この被塗布基板上での塗布液の流
動方向と被塗布基板を載置したＸステージがインクジェ
ットヘッドに対して相対移動方向が逆の向きであって、
かつ塗布液の流動速度とＸステージとインクジェットヘ
ッドとの相対移動速度がほぼ等しくなっていることが、
塗布液供給工程終了時に最も良好な膜面が形成される条
件であることが確認されたわけである。

【０１０６】次に、再び、図３に戻り説明を続ける。図
３において、Ｘステージ１０ｂは、時刻ｔ４において、
位置ｒ２まで移動して停止する。

【０１０７】そして、この塗布終了位置ｒ２で、待ち状
態のまま時刻ｔ５まで吐出を継続する。

【０１０８】この停止待ち状態も、前述した図４（ａ）
の塗りはじめの停止待ち状態と同様に、塗り終わりの位
置の被覆性を向上させるために設けたものであるが、よ
り詳細には、金属蒸着膜とポリカーボネート素面との境
界領域における被覆性を向上することに加え、図５
（ａ）に示したように基板側面の被覆をも含む。

【０１０９】更に、図５（ｂ）に示すように、基板成形
時において基板のエッジ近傍に盛り上がった被覆性の悪
い領域（バリ）が形成されることがあるが、これを補う
ためにも時刻ｔ４から時刻ｔ５の停止待ち状態は必要で
ある。

【０１１０】ついで、待ち状態の終了時刻ｔ５になると
塗布液の吐出もオフになり、ここで塗布液供給工程は終
了する。

【０１１１】その後、Ｘステージは付図示の次工程の装
置に向けて光ディスクを速度ｖ３で搬送を開始し、一方
θステージは所望膜厚への追い込みと膜面の平坦化を行
なうためのレベリング工程のために回転数を変化させ始
める。

【０１１２】具体的は、時刻ｔ６にから時刻ｔ７の間に
回転を加速し、回転数をθ１からθ２に上げる。

【０１１３】この場合、搬送工程とレベリング工程とは
同時に行なう必要はないが、同時に行なうと搬送中に膜
厚の追込み、平坦化が行えるためより効率的である。

【０１１４】そして、時刻ｔ８まで回転数θ２にて等速
回転を継続して、所望膜厚への追い込みと膜面の平坦化
を終了した後、時刻ｔ９までに減速をして回転運動を停
止し、レベリング工程は終了する。

【０１１５】ここで、Ｘステージに比べθステージの速
度変化が緩慢なのは、構造上、急激な加速度に対するθ
ステージの追従性が悪いということに加え、急激な加減
速は塗布液の方位角方向への異常な流れを引き起こす可
能性があることを考慮し加減速を緩やかにしたものであ
る。

【０１１６】このようにレベリング工程を用いて形成さ
れる膜厚の均一性を得ようとした場合、本来の基板上の
塗布に必要な塗布液の液量より多めの液を基板上に乗せ
余剰の液を振り切ることにはなる。

【０１１７】しかし、このレベリング工程を用いた場合
には、十分な振り切りの回転数と時間を与えることによ
り、レベリング工程後の膜厚分布は、レベリング工程開
始時の膜厚分布に実質的に依存しないため、事前の塗布
工程のみで非常に均一な膜厚分布を形成するよりも、こ
のレベリング工程を用いることを前提とし、その前段階
では、均一な動径方向への塗布液の流れが発生し易いよ
うな膜厚分布にしておくほうが効率的である。

【０１１８】例えば、光ディスクのような平面状の被塗
布基板上に、所定の均一の厚さで粘性の高いＵＶ硬化性
樹脂溶液が付着している場合、基板が加速度運動を始め
るとその慣性力による液体のいわゆるずり運動がはじま
るが、このずり運動による液体の流量は、厚みの３乗と
加速度の積に比例する。また、加速度運動が回転運動で
ある場合、この慣性力は中心からの距離に反比例するた
め、レベリング工程におけるずり運動による塗布液の流
量は中心からの距離に比例して減少することになる。つ
まり、中心部ほど塗布液の流れが起こりやすいことを意
味している。

【０１１９】よって、レベリング工程では、多めの塗布
量は必要となるが、塗布液の流れ量を適宜調節すること
は可能であり、結果的に効率よく均一な膜厚分布を得る
ことが可能となる。

【０１２０】より具体的に検討するために、膜厚分布を
中心からの距離に無関係に一定にしたもの、比例して減
少するもの、及び２乗に比例して減少するものを作製
し、各々同一のレベリング工程を実施した。

【０１２１】すると、膜厚一定のものは外周部にスポー
ク状の不均一性が発生し、２乗に比例して減少したもの
は中心部にスポーク状の不均一性が観測されたが、比例
して減少したものは方位角方向に対する均一性の良い膜
が形成された。

【０１２２】これは、膜厚一定のものは基板の外周に急
激なずり運動が発生し、２乗に比例したものは塗りはじ
めのの領域にずり運動が発生したのに対して、比例した
膜厚分布をもつものは、レベリング工程時に塗布領域全
体がうまく層状の流動現象を起こしたため、均一な膜が
形成されたためと考えれる。

【０１２３】ここで、本実施形態においては、塗布液供
給工程で、インクジェットヘッドから塗布液が吐出され
る吐出領域において、被塗布基板上で塗布液が流動され
る向きに塗布液を吐出しているインクジェットヘッドを
相対移動し、かつそれらの速度の大きさをほぼ等しくす
ることにより、この塗布液供給工程終了時に形成されて
いる薄膜の膜厚分布は、図６に示すように実質的に中心
から比例して減少するものとなった。

【０１２４】従って、本実施形態においては、レベリン
グ工程時に塗布領域全体がうまく層状の流動現象を起こ
し、結果的に、きわめて均一な薄膜が形成されることと
なった。

【０１２５】ところで、本実施形態によって形成された
ＵＶ硬化樹脂膜は、一般に方位角方向の均一性はよいの
であるが、レベリング工程が十分でないと中心からの距
離に比例して膜厚が増加する場合がある。

【０１２６】この膜厚分布は、レベリング工程で、余剰
の塗布液を振り切ることによって緩和させることができ
るが、塗布液の粘度が低い場合には、目標とする膜厚と
膜厚の均一性が両立しないことがある。

【０１２７】このような場合は、塗布液の粘度を増加す
ればよいわけであるが、具体的には、例えば、図１の環
境制御系１６と環境制御系１８を用いて被塗布基板と塗
布液の温度を下げればよいことになる。

【０１２８】なお、本実施形態とは異なり、θステージ
１０ａが固定であっても、相対的にインクジェットヘッ
ド１２をθステージ１０ａに対し１次元的に掃引するこ
とによっても同様の効果を実現させることが可能であ
る。但し、インクジェットヘッド１２への空気と塗布液
の配管や次の工程への基板搬送などを考慮すると、イン
クジェットヘッド１２の掃引機構の実現は、装置構成上
煩雑である。

【０１２９】なお、本実施形態では、空気流制御方式に
よるインクジェットヘッドを使用した場合についてのも
のであるが、塗布液が吐出できれば、もちろん他の吐出
方式のインクジェットヘッドを用いてもよい。

【０１３０】また、吐出量の制御は、前述の３つのパラ
メータの内の１つのみ、あるいは２つの組合せで原理的
には可能であり、図１に示した環境制御系１６〜１８の
全てが必ず必要というわけではなく、任意の１つあるい
は２つの組合せで、塗布装置周囲の環境変動に対する吐
出量の変動をおさえることは可能である。

【０１３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、局所的
な膜厚の不均一性のないなめらかな薄膜を形成すること
が可能になった。

【０１３２】そして、同時に、塗布液の使用効率を大幅
に向上させることが可能となり、薄膜形成時のコストを
大幅に減少することができた。

【０１３３】更に、環境制御系を設ければ、温度・湿度
・気圧などの薄膜形成装置の周囲の環境変動による薄膜
形成への影響を効果的に排除し、安定した品質の薄膜を
形成可能とした。

【０１３４】そして、同時に、塗布液のロット毎の物性
値変化を効果的に排除することによりロット管理が簡素
化可能で、異なった液種への適用自由度の高い薄膜の形
成を実現した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における薄膜形成装置の概
略構成図

【図２】同薄膜形成装置のインクジェットヘッドのノズ
ル部を示す断面図

【図３】同薄膜形成工程中のＸステージとθステージの
動作を説明する説明図

【図４】同薄膜形成工程中の塗りはじめの待ち時間の必
要性を説明する説明図

【図５】同薄膜形成工程中の塗りおわりの待ち時間の必
要性を説明する説明図

【図６】同薄膜形成工程中の塗布液供給工程を終了した
光ディスクの動径方向に対する塗布液の膜厚分布を示す
説明図

【図７】従来の薄膜形成方法の動作説明図

【符号の説明】

１０ａ θステージ１０ｂＸステージ１１被塗布基板（光ディスク）１２インクジェットヘッド１３塗布液タンク１４圧力制御系１５集中制御系１６環境制御系ａ１７環境制御系ｂ１８環境制御系ｃ１９塗布液吐出口２０気体吐出口２１塗布液２２気体の流れ

フロントページの続き (72)発明者岩澤利幸神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内 (72)発明者中裕之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被塗布基板を吐出トヘッドから塗布液が
吐出され始める第１の位置まで前記吐出ヘッドと相対的
に移動する第１の移動工程と、前記第１の位置の被塗布
基板を前記吐出トヘッドから塗布液が吐出され終わる第
２の位置まで前記吐出ヘッドと相対的に移動する第２の
移動工程と、前記第２の位置の被塗布基板を更に前記吐
出ヘッドと相対的に移動する第３の移動工程と、少なく
とも前記第２の移動工程と時間的に重複して前記被塗布
基板を回転運動させる回転工程と、前記第２の移動工程
及び前記回転工程と時間的に重複して前記被塗布基板上
に前記吐出ヘッドから塗布液を吐出して薄膜を形成する
薄膜形成工程とを有する薄膜形成方法であって、前記第
２の移動工程における相対的な移動は、前記被塗布基板
の回転運動により塗布液が流動する流動方向と反対向き
である薄膜形成方法。
【請求項２】第２の移動工程における相対的な移動
は、被塗布基板の回転運動により塗布液が流動する流動
方向と反対向きであり、相対的な移動の速度の大きさが
前記流動する速度と略等しい請求項１記載の薄膜形成方
法。
【請求項３】第１の位置において、被塗布基板上に単
位面積当たりに吐出された塗布液の量が、前記第１の位
置から第２の位置までの被塗布基板上の単位面積当りに
吐出された塗布液の量よりも多い請求項１又は２記載の
薄膜形成方法。
【請求項４】第２の位置において、被塗布基板上に単
位面積当たりに吐出された塗布液の量が、第１の位置か
ら前記第２の位置までの被塗布基板上の単位面積当りに
吐出された塗布液の量よりも多い請求項１から３のいず
れかに記載の薄膜形成方法。
【請求項５】塗布液の吐出開始後所定期間及び／又は
前記塗布液の吐出終了後所定期間、被塗布基板の相対的
な移動が停止されている請求項１から４のいずれかに記
載の薄膜形成方法。
【請求項６】塗布液の吐出開始前所定期間から及び／
又は前記塗布液の吐出終了後所定期間まで、被塗布基板
が回転運動されている請求項１から５のいずれかに記載
の薄膜形成方法。
【請求項７】第２の移動工程は、第１の移動工程が終
了し所定期間経過後開始され、第３の移動工程は、前記
第２の移動工程が終了し所定期間経過後開始され、回転
工程は、前記第２の移動工程の開始前に開始され前記第
２の移動工程の終了後に終了される請求項１から６のい
ずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項８】更に、塗布液の吐出終了後に被塗布基板
を回転させる第２の回転工程を有し、第２の回転工程に
おける回転数の大きさは、前記第２の回転工程以前の回
転運動の回転数の大きさよりも大きい請求項１から７の
いずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項９】第２の回転工程と第３の移動工程とが時
間的に重複する請求項８記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】被塗布基板は円盤状基板であり、第２
の移動工程における相対的な移動は、前記円盤状基板の
中心を通る等速直線運動であり、回転工程における回転
運動は等速回転運動である請求項１から９のいずれかに
記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】被塗布基板は、第１の材料の基体上に
第２の材料の層を部分的に有し、前記基体と前記第２の
材料の層との境界部も塗布液で被覆される請求項３から
１０のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項１２】被塗布基板は、前記被塗布基板の側面
も塗布液で被覆される請求項１１記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】吐出ヘッドは、複数の微細なノズルか
ら塗布液を吐出し、更に、前記塗布液の吐出量を制御す
る制御工程を有する請求項１から１２のいずれかに記載
の薄膜形成方法。
【請求項１４】塗布液を貯蔵するタンクと、被塗布基
板上に前記タンクからの塗布液を吐出する吐出手段と、
前記被塗布基板を前記吐出手段に対して前記塗布液の吐
出が開始される第１の位置及び前記塗布液の吐出が終了
する第２の位置を経由するように相対的に移動する移動
手段と、前記被塗布基板を回転する回転手段と、前記被
塗布基板の前記吐出手段に対する相対的な移動を、前記
第１の位置から前記第２の位置までの少なくとも一部に
おいて、前記被塗布基板の回転運動により塗布液が流動
する流動方向と反対向きであるように前記移動手段を制
御する制御手段とを有する薄膜形成装置。
【請求項１５】制御手段は、吐出手段からの塗布液の
吐出量をも制御する請求項１４記載の薄膜形成装置。
【請求項１６】制御手段は、吐出手段周囲の温度及び
／又は被塗布基板周囲の温度を制御して、前記吐出手段
からの塗布液の吐出量を制御する請求項１５記載の薄膜
形成装置。
【請求項１７】制御手段は、タンク内の塗布液の液面
の高さを制御して、前記吐出手段からの塗布液の吐出量
を制御する請求項１５又は１６記載の薄膜形成装置。
【請求項１８】吐出手段は、空気流を利用して複数の
微細なノズルから塗布液を吐出し、制御手段は、前記空
気流を制御して、前記吐出手段からの塗布液の吐出量を
制御する請求項１５から１７のいずれかに記載の薄膜形
成装置。
【請求項１９】塗布液を貯蔵するタンクと、前記タン
クからの塗布液を空気流を利用して複数の微細なノズル
から被塗布基板上に吐出する吐出手段と、前記被塗布基
板を前記吐出手段に対して前記塗布液の吐出が開始され
る第１の位置及び前記塗布液の吐出が終了する第２の位
置を経由するように相対的に移動する移動手段と、前記
被塗布基板を回転する回転手段と、前記吐出手段の周囲
の温度及び／又は前記被塗布基板の周囲の温度を制御し
て、及び／又は前記タンク内の塗布液の液面の高さを制
御して、及び／又は前記空気流を制御して、前記吐出手
段からの塗布液の吐出量を制御する制御手段とを有する
薄膜形成装置。