塗布用嵌合部材、塗布装置および塗布方法
【課題】適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる、塗布用嵌合部材を提供する。
【解決手段】基板４の上面に液体材料５をスピンコート法によって塗布する際に使用される塗布用嵌合部材２であって、基板４の中心孔４ａと同一の径を有し、中心孔４ａに嵌め込まれて使用され、窪み部２ａを備え、窪み部２ａは、中心孔４ａに嵌め込まれた際に基板４の上面に対して垂直であって平面視において窪み部２ａの中心を通る軸２ｄに対して対称である形状を有する。
【解決手段】基板４の上面に液体材料５をスピンコート法によって塗布する際に使用される塗布用嵌合部材２であって、基板４の中心孔４ａと同一の径を有し、中心孔４ａに嵌め込まれて使用され、窪み部２ａを備え、窪み部２ａは、中心孔４ａに嵌め込まれた際に基板４の上面に対して垂直であって平面視において窪み部２ａの中心を通る軸２ｄに対して対称である形状を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンコート法により液体材料を基板に塗布する際に基板の中心部にはめ込まれて使用される塗布用嵌合部材、それを備えた塗布装置および塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板上に液体材料を塗布し、その基板を回転させることで基板面に液体材料を塗り広げる方法として、スピンコート法がある。例えば、基板を回転可能なターンテーブルに真空チャック方式で固定し、基板の中心に液体材料を滴下する。ターンテーブルが回転することで基板も回転し、その遠心力で液体材料が基板に塗り広げられる。スピンコート法においては、基板の回転数により液体の膜厚調整がなされる。また、スピンコート法においては、液体材料は遠心力により均一に基板上に広がるため、高い平坦性も得られる。基板としては、シリコンウェハーが一般的であるが、中心に孔が形成されたガラス基板やプラスチック基板等も用いられている。
【０００３】
ここで、特許文献１にはスピンコート法における、基板の回転中心からの半径ｒと膜厚ｈとの関係を示す、以下に示す式１が記載されている。
【０００４】
【数１】
【０００５】
式１において、ｒ０は回転中心から塗布開始位置までの距離を示し、ηは液体の粘度を示し、ρは液体の密度を示し、ωは回転角速度を示し、ｔは回転時間を示す。
【０００６】
式１を用いて、基板中心（回転中心）に液体材料を塗布した場合と、基板中心から半径方向に１０ｍｍ離れた位置に円環状に液体材料を塗布した場合とについてその膜厚を求めた。具体的には、上記２つの場合について、スピンコート法を用いて液体を塗り広げた場合の基板中心からの距離と液体材料の膜厚との関係を算出した。そして、その結果を、図６および図７に示した。ここで、粘度ηは２．８ｃｐとし、密度ρは０．９２ｇ／ｃｍ３とし、回転角速度ωは５２３．３３ｒａｄ／ｓとし、時間ｔは２０秒とした。なお、想定した液体材料は、ＳＯＧ（東京応化製、Ｔ−７−８０００Ｔ）である。
【０００７】
図６は基板中心に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。また、図７は基板中心から１０ｍｍ離れた位置に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。図６および図７において、縦軸が膜厚（ｎｍ）で、横軸が基板中心からの距離（ｍｍ）である。図６に示すように、基板中心に液体材料を塗布した場合は基板上において、液体材料は略均一な膜厚で広がっている。しかし、図７に示すように、液体材料の塗布位置が基板中心から離れた場合は、基板中心に近づくほど液体材料の膜厚が薄くなっていて、均一とは言えない。これらの結果より、中心孔が形成された基板のように、基板中心に液体材料を塗布することが困難な場合は、スピンコート法により基板に形成される液体材料の膜厚は理論的に不均一になることがわかる。
【０００８】
また、図８に示す従来のスピンコート装置を用いて、実際にスピンコート法を行った結果について示す。なお、中心孔が形成された基板を用いて、基板中心から離れた位置に液体材料を塗布した。図８は従来のスピンコート装置の構成を示した断面図である。図８に示すように、従来の塗布装置（スピンコート装置）５００はターンテーブル１１とノズル１３とを備える。ターンテーブル１１は円盤状の基板１４を載せる円盤状の台座１１ａと、その中心軸に沿って設置された回転軸１１ｂとを備えて構成される。ノズル１３はその端部から液体材料１５を吐出する。
【０００９】
このような構成の塗布装置５００の動作について説明する。まず、ターンテーブル１１上に基板１４を載置する。そして、ノズル１３から液体材料１５が吐出され、中心孔が形成された基板１４上に液体材料１５が塗布される。そして、ターンテーブル１１が回転軸１１ｂを中心に回転する。それにより、基板１４上の液体材料１５は遠心力により、基板１４上を、その外周方向へ広がる。このような、塗布装置５００を用いて、実際に基板１４上に液体材料１５を形成した場合の実測値を測定し、その結果である基板中心からの距離と液体材料の膜厚との関係を図９に示した。
【００１０】
以下に、この時の条件を具体的に示す。ターンテーブル１１は、ミカサ製のスピンコータ（１Ｈ−ＤＸ２）を用い、基板１４は中心孔の直径が２０ｍｍであり、基板自体の直径が６５ｍｍのガラス基板を用いた。また、液体材料１５はＳＯＧ（東京応化製、Ｔ−７−８０００Ｔ）を用い、その滴下量は約１００μｌとし、滴下位置は基板の中心から半径方向に１４ｍｍ離れた位置とした。滴下装置（ディスペンサ）は、武蔵エンジニアリング製のＭＴ−４１０を用いた。まず、塗布装置５００において、ターンテーブル１１の回転を開始し、３秒後にターンテーブル１１の回転数を１５ｒｐｍとし、その状態で１２秒かけて液体材料１５を滴下した。これにより、基板１４上に円環状に液体材料１５が塗布された。その後、ターンテーブル１１の回転数を５０００ｒｐｍまで上昇させて２０秒回転させた後、３秒かけてターンテーブル１１の回転を停止させた。
【００１１】
図９は、基板中心から１４ｍｍ離れた位置に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。図９において、縦軸が液状材料の膜厚（ｎｍ）で、横軸が基板中心からの距離（ｍｍ）である。なお、横軸において、マイナス側は、基板の中心を対称点とした場合に、プラス方向に対して対称な方向における基板中心からの距離である。また、Ｘ方向は、基板１４における基板１４の中心を通る任意の軸（Ｘ軸）に沿った方向であり、Ｙ方向は、Ｘ軸に直交する軸（Ｙ軸）に沿った方向である。
【００１２】
図９に示すように、基板１４の中心から離れた位置に液体材料１５を塗布した場合は、上述の式１を用いた計算によるものと同様に、液体材料１５の膜厚は基板１４の中心側が比較的薄くなり、基板１４全面の膜厚は均一ではなかった。
【００１３】
スピンコート法により、基板上に塗り広げられた液体材料の膜厚は均一であることが好ましいことから、液体材料の膜厚を均一となるよう、様々なスピンコート技術が提案されている。例えば、特許文献２には、基板の中心孔を孔閉止部材で塞ぎ、中心孔を中心に基板を回転させながら樹脂材料を中心孔の略上方から滴下して、情報記録層の上に樹脂材料をスピンコート法により塗り広げる方法が記載されている。これにより、厚さばらつきが抑制され、均一な厚さの中間層をスピンコート法により容易に作製できる。
【００１４】
また、特許文献３には、塗布厚みの不均一となる部分を、所望塗布面外のガイド部分に形成させることにより、所望塗布面内の塗布厚みを均一にする、塗布方法が記載されている。また、特許文献４には、光ディスクの中央部に載置される円盤状部材を備え、円盤状部材の上面に、その輪郭の平面視形状が円形で、かつその円周方向に沿った深さが一様に形成されて塗液を貯留可能な凹部が形成された塗布装置が記載されている。この装置によれば、塗液を光ディスク上に均一に塗布し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−１９５２５０号公報
【特許文献２】特開２００５−３５３２８２号公報
【特許文献３】特開２００３−２０３４０１号公報
【特許文献４】特開２００３−４７９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、上記特許文献２〜特許文献４に記載の方法は、以下に示す問題を有する。まず、特許文献２に記載の塗布方法は、孔閉止部材の上方から樹脂材料を滴下するが、孔閉止部材の中心すなわち基板の中心に確実に樹脂材料を滴下することは困難である。上述のように、基板の中心から離れた箇所に樹脂材料を滴下すると、基板上に塗り広げられた樹脂材料の膜厚が不均一になることから、特許文献２の塗布方法においても膜厚が不均一になるという問題があった。また、実際に特許文献２に記載された傘状の孔閉止部材を用いて、スピンコート法を行ったが、基板の回転速度が１０００ｒｐｍ以上の場合は、液体材料が、基板の塗布面よりも高い位置にある孔閉止部材の上面に沿って基板に到達するまでに、遠心力により孔閉止部材から飛散した。このとき、基板の塗布面よりも高い位置から飛散した液体材料が基板の塗布面に落下するため、基板の任意の箇所に液体材料が滴下されることになり、液体材料が基板上に均質に塗り広がらず、その膜厚が不均一となった。また、液体材料が飛散することから、損失が大きく、液体材料を基板全面に実際に塗布する量よりも多めに滴下する必要があった。
【００１７】
また、特許文献３に記載の塗布方法は、塗布面中心に確実に液体材料を滴下することが困難であるという問題と、滴下の際に液体材料が飛散する可能性が高く、液体材料が不均質に塗り広がる可能性があるという問題がある。また、特許文献４に記載の塗布装置は、凹部に貯留された塗液が円盤状部材の上面に沿って、光ディスクへと到達するまでに、塗液が遠心力により飛散する可能性が高い。円盤状部材の上面は、基板よりも高い位置にあることから、飛散した塗液が基板の塗布面に落下すると、基板の任意の箇所に塗液が滴下されることになり、塗液が基板上に均質に塗り広がらず、膜厚にむらが生じる。
【００１８】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる、塗布用嵌合部材、塗布装置および塗布方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様に係る塗布用嵌合部材は、基板の上面に液体材料をスピンコート法によって塗布する際に使用される塗布用嵌合部材であって、前記基板の中心孔と同一の径を有し、前記中心孔に嵌め込まれて使用され、窪み部を備え、前記窪み部は、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記基板の上面に対して垂直であって平面視において当該窪み部の中心を通る軸に対して回転対称である形状を有する。
【００２０】
このような、塗布用嵌合部材を基板の中心孔に嵌め込み、窪み部に液状材料を貯留して、基板と塗布用嵌合部材とを一体に回転させることで、液体材料を基板上面に塗り広げることで、遠心力により基板上面に均一に液体材料が広がる。また、液体材料は、窪み部の中心から徐々に外周に向かい、基板上面へと広がることから、液体材料が飛散等して無駄になることが少ない。そのため、この塗布用嵌合部材によれば、スピンコート法において適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。また、この塗布用嵌合部材は基板の中心孔に嵌め込まれて使用されることから、容易に使用状態とすることができる。そして、使用後（塗膜形成後）は容易に基板から取り外すことができる。
【００２１】
また、上述の塗布用嵌合部材は、前記窪み部の外周に形成され、上面は、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記基板の上面に平行である平坦部をさらに備えたことが好ましい。
【００２２】
これにより、スピンコート法を行う際に、窪み部からその外部へと、遠心力により広がっていく液体材料は、平坦部の上面に沿って、基板上面へと進む。窪み部の縁においては傾斜を有するが、その外周に形成された平坦部の上面は基板の上面と平行であるため、液状材料は塗布用嵌合部材から基板へと広がる際に、飛散等せず徐々に基板の上面に広がることになる。したがって、適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【００２３】
また、上述の塗布用嵌合部材において、前記窪み部は、前記窪み部の中心を通る前記軸近傍における断面形状が曲線またはテーパ状であることが好ましい。
【００２４】
これにより、窪み部に貯留されている液体材料には窪み部の中心、すなわち基板の中心へと向かう力がかかっている。したがって、基板の中心に液体材料を塗布した後にスピンコート法を用いたのと同様の効果を得ることができるため、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【００２５】
また、上述の塗布用嵌合部材において、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記窪み部は、その径方向に連続して深さが変化することが好ましい。
【００２６】
これにより、窪み部はなだらかな傾斜を有することになり、スピンコート法を用いた際に、窪み部に貯留された液体材料が均一に基板上に広がっていくという効果を奏する。
【００２７】
また、上述の塗布用嵌合部材は、前記中心孔に嵌め込まれた際に、前記中心孔と接触する箇所に設置されたシール材をさらに備えたことが好ましい。
【００２８】
これにより、スピンコート法を用いた際に、窪み部に貯留された液体材料が基板４へと塗り広げられる際に、中心孔４ａとの接触箇所から液体材料５がしみ出しにくい、塗布用嵌合部材を実現できる。
【００２９】
また、本発明の他の一態様に係る塗布装置は、基板の上面に液体材料をスピンコート法によって塗布する塗布装置であって、上述の塗布用嵌合部材と、前記基板が載置される台座と、前記基板が前記台座に載置された場合に該基板の中心軸と同一の中心軸を有する、前記台座に対して略垂直方向に伸びる回転軸とを有する回転体とを備え、前記塗布用嵌合部材は、その中心軸が前記回転軸の中心軸と同一であるように、前記台座に設置され、前記基板が台座に載置された場合に、前記基板の前記中心孔に前記塗布用嵌合部材が嵌り込む。
【００３０】
この塗布装置を用いることで、窪み部に貯留された液状材料が、台座が回転することに伴い、遠心力により基板の上面に均一に液体材料が広がる。また、液体材料は、窪み部の中心から徐々に外周に向かい、基板上面へと広がることから、液体材料が飛散等して無駄になることが少ない。そのため、この塗布装置を用いることで、スピンコート法により適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。また、基板を台座に載置することも、取り外すことも容易に行うことができる。
【００３１】
また、上述の塗布装置において、前記塗布用嵌合部材は、前記基板が前記台座に載置された際に、前記中心孔に嵌り込み、前記塗布用嵌合部材の前記平坦部の上面が前記基板の上面と同一面、または前記基板の上面よりも前記台座側に位置することが好ましい。
【００３２】
これにより、平坦部の上面は、液体材料が塗布される面である基板の上面と同一面または、それよりも低い位置にあることから、基板の上面よりも高い位置から液体材料が飛散する可能性が低い。そのため、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【００３３】
また、上述の塗布装置において、前記塗布用嵌合部材の上方に、該塗布用嵌合部材と対向して設置される蓋部をさらに備え、前記蓋部の径は、前記塗布用嵌合部材の径以上であって、平面視した場合に、前記塗布用嵌合部材は、前記蓋部に覆われていることが好ましい。
【００３４】
これにより、窪み部から液状材料が飛散して、基板の上面よりも高い位置から液体材料が飛散する可能性が低い。そのため、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【００３５】
また、本発明の他の一態様に係る塗布方法は、上述の塗布装置を用いた塗布方法であって、前記窪み部に前記液体材料を貯留する工程と、前記回転軸を中心に、前記回転体を回転させる工程とを備えている。
【００３６】
これにより、スピンコート法によって、適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる、塗布用嵌合部材、塗布装置および塗布方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。
【図２】本発明の嵌合部材の形状を示す断面図であって、図２（Ａ）は第１の形状を示す図であり、図２（Ｂ）は第２の形状を示す図であり、図２（Ｃ）は第３の形状を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る塗布装置によりスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。
【図６】基板中心に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。
【図７】基板中心から１０ｍｍ離れた位置に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。
【図８】従来のスピンコート装置の構成を示した断面図である。
【図９】基板中心から１４ｍｍ離れた位置に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る塗布装置、嵌合部材および塗布方法について図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。図１に示すように、塗布装置１００は、ターンテーブル１と、塗布用嵌合部材２と、ノズル３とを備えている。図１は、塗布装置１００が動作している状態を示しているので、さらに、中心孔４ａが形成された円盤状の基板４と、基板４上にスピンコートにより塗り広げられる液体材料５も図示されている。
【００４０】
ターンテーブル１は、円盤状の台座１ａと、台座１ａの中心軸と同一の中心軸を有し、台座１ａに対して略垂直方向に伸びる円柱状の回転軸１ｂとを備えている。台座１ａの上面には基板４が載置される。また、台座１ａの上面には、嵌合部材２をターンテーブル１に固定するための凹部１ｃが形成されている。回転軸１ｂは、図示していないが、例えば電動機等に連結されていて、その中心軸を中心にして回転運動をすることができる。回転軸１ｂが回転すると、回転軸１ｂと一体である台座１ａもその中心軸を中心に回転する。
【００４１】
嵌合部材２は凸部２ｂを有し、平面視においては円形である。嵌合部材２の上面には、液体材料５が貯留される窪み部２ａが形成されている。上述のように、嵌合部材２は平面視において円形であり、その直径は基板４の中心孔４ａと同一である。すなわち、嵌合部材２は、基板４の中心孔４ａに嵌り込む大きさとされる。また、嵌合部材２は、ターンテーブル１と一体となるような構成を有している。つまり、嵌合部材２は凸部２ｂを有し、ターンテーブル１に形成された凹部１ｃにこの凸部２ｂが挿入され、嵌合部材２はターンテーブル１に固定される。嵌合部材２がターンテーブル１に固定された状態で、基板４の中心孔４ａに嵌合部材２が嵌り込むように基板４は台座１ａ上に載置される。なお、実施の形態１では、嵌合部材２が凸部２ｂを有し、ターンテーブル１が凹部１ｃを有し、嵌合部材２およびターンテーブル１は着脱自在としたが、これら嵌合部材２およびターンテーブル１は一体とされていてもよい。なお、嵌合部材２が中心孔４ａに嵌め込まれた際に、基板４の上面に対して垂直であって、嵌合部材２を平面視した場合に窪み部２ａの中心（嵌合部材２の中心）を通る軸２ｄは、回転軸１ｂの中心軸および基板４の中心軸と一致する。
【００４２】
実施の形態１において、窪み部２ａは球形の窪みであって、底面は平らではない。また、嵌合部材２を平面視した場合に、窪み部２ａは円形であり、その中心位置が塗布装置１００の動作時には最も低い位置に位置する。また、塗布装置１００を動作させる際には、台座１ａは水平とされるが、その際にターンテーブル１に固定された嵌合部材２を、その中心を通り、鉛直方向を含む任意の面で切断した場合の断面形状において、特に窪み部２ａは、その中心を通る鉛直方向に伸びる線に対して回転対称な形状を有している。言い換えると、窪み部２ａは、軸２ｄに対して回転対称である形状を有している。また、嵌合部材２を平面視した場合に、窪み部２ａのさらに外周部分は平坦部２ｃが形成されている。平坦部２ｃの上面は台座１ａおよび基板４の上面と略平行である。より具体的には、塗布装置１００の動作時において、平坦部２ｃの上面は水平である。また、平坦部２ｃの上面は基板４の上面と同一または基板４の上面よりも低い位置にある。
【００４３】
ノズル３は、窪み部２ａ上にその先端である吐出口が位置し、その内部に液体材料５を通す管である。ノズル３は、図示していないポンプ等に連結され、液体材料５を嵌合部材２の窪み部２ａに供給する。
【００４４】
基板４は例えば、ＨＤＤ用２．５インチガラス基板等である。そして、基板４には中心孔４ａが形成されていて、基板４はいわゆるドーナッツ形状を有する。
【００４５】
液体材料５は、基板４上にスピンコート法によって塗り広げられるものであり、例えば、スピンオングラス（ＳＯＧ）材料等とすればよい。例えば、液体材料５は、基板４上に塗り広げられた後、硬化できるように、熱硬化性、光硬化性等を有することとすればよい。
【００４６】
次に、実施の形態１に係る塗布装置１００の動作について説明する。上述のように、ターンテーブル１に嵌合部材２が設置され、これらは一体とされている。そして、この嵌合部材２が、中心孔４ａに嵌り込むように基板４が台座１ａに載置される。なお、嵌合部材２は容易に中心孔４ａに嵌り込むので、準備に手間がかかるということがない。そして、ノズル３から適量の液体材料５が供給されて、窪み部２ａに貯留される。その後、ターンテーブル１が回転し始める。ターンテーブル１が回転することで、窪み部２ａに貯留されている液体材料５が遠心力の作用により、基板４の中心から円周側へと塗り広げられていく。ここで、窪み部２ａに貯留されている液体材料５は窪み部２ａの面に沿って、基板４の円周側へと移動し、さらに平坦部２ｃに沿って基板４の上面へと導かれる。平坦部２ｃが設置されていることから、スムーズに嵌合部材２から基板４へと液体材料５が導かれる。上述したように、平坦部２ｃは基板４の上面と同一または基板４の上面よりも低いため、基板４の上面よりも高い位置から、基板４の上面へと液体材料５が飛散するということがない。したがって、液体材料５は基板４の上面に均一の膜厚となるように塗り広げられる。また、塗布装置１００においては、液体材料５が飛散しにくいため、窪み部２ａに貯留した液体材料５が無駄なく確実に基板４の上面に広がる。したがって、用いる液体材料５の量が少なくてすむ。
【００４７】
ここで、上述のように、液体材料５は基板４の中心付近に形成された窪み部２ａに貯留される。そして、窪み部２ａの中心部が最も低く、その中心部は基板４の中心軸上にある。そのため、液体材料５を窪み部２ａのどの位置に滴下したとしても、液体材料５には絶えず基板４の中心に向かう力がかかっている。そして、遠心力により、基板４へと広がってくることから、基板４の中心位置に液体材料５を塗布してスピンコート法を行ったのと同様の効果を得ることができる。そのため、塗り広げられた液体材料５の膜厚は均一である。また、窪み部２ａに液体材料５を貯留してから、ターンテーブル１を回転させるので、回転している基板に液体材料５を直接滴下することで生じる液体材料５の飛散も生じない。そのため、液体材料５の膜厚は不均一にはなりにくい。また、塗布作業が終了した場合には、嵌合部材２は基板４の中心孔４ａに嵌り込んでいるだけであるため、すぐに基板４を台座１ａから容易に取り外すことができる。
【００４８】
なお、上述の実施の形態１に係る塗布装置１００において、窪み部２ａに液体材料５を貯留させてから、ターンテーブル１を回転させることとしたが、ターンテーブル１を回転させながら、ノズル３から液体材料５を窪み部２ａに供給してもよい。
【００４９】
なお、嵌合部材２の形状は、図１に形状に限定されるわけではなく、例えば、図２に示す形状であってもよい。図２は本発明の嵌合部材の形状を示す断面図であって、図２（Ａ）は第１の形状を示す図であり、図２（Ｂ）は第２の形状を示す図であり、図２（Ｃ）は第３の形状を示す図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す、第１〜第３いずれの形状の嵌合部材２−１〜２−３であってもよい。具体的には、これら嵌合部材２−１〜２−３の窪み部２ａ−１〜２ａ−３の中心位置は、塗布装置１００の動作時には最も低い位置である。具体的には、窪み部２ｂは軸２ｄの近傍における断面形状が曲線またはテーパ状であることが好ましい。そして、窪み部２ａは、その径方向に連続して深さが変化することが好ましい。これにより、スピンコート法を用いて、液体材料５が均一な膜厚となるように塗り広げられる。
【００５０】
ここで、上述の実施の形態１に係る塗布装置１００を実際に用いてスピンコート法により、基板４ｂに液体材料５を塗布した結果を示す。具体的には、その結果、得られた基板中心からの距離と液体材料の膜厚との関係を図３に示した。なお、ターンテーブル１は、ミカサ製のスピンコータ（１Ｈ−ＤＸ２）を用い、基板４は中心孔の直径が２０ｍｍであり、基板自体の直径が６５ｍｍのガラス基板を用いた。また、液体材料５はＳＯＧ（東京応化製、Ｔ−７−８０００Ｔ）を用い、予め窪み部２ａに１００μｌの液体材料５を貯留しておいた。まず、ターンテーブル１の回転数を５０００ｒｐｍとし、その状態で２０秒経過後に、３秒かけてターンテーブル１の回転を停止させた。なお、この場合は、ナノインプリント技術において、基板上に形成された液体材料にモールドを転写して硬化させるために、液体材料を基板上に塗り広げる場合を想定している。
【００５１】
図３は、本発明の実施の形態１に係る塗布装置によりスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。図３において、縦軸が膜厚（ｎｍ）で、横軸が基板中心からの距離（ｍｍ）である。なお、横軸において、マイナス側は、基板の中心を対称点とした場合に、プラス方向に対して対称な方向における基板中心からの距離である。また、Ｘ方向は、基板４における基板４の中心を通る任意の軸（Ｘ軸）に沿った方向であり、Ｙ方向は、Ｘ軸に直交する軸（Ｙ軸）に沿った方向である。図３に示すように、基板４の中心からの位置に関係なく、液体材料５の膜厚は略均一である。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る塗布装置、嵌合部材および塗布方法について図を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態２に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。なお、実施の形態２に係る塗布装置２００は、ノズル３（図１を参照）の代わりに蓋部６ｂを有するノズル６を備えたことが実施の形態１に係る塗布装置１００とは異なる点であり、それ以外は略同一の構成であることから、同一の構成要素については同一符号を用い、その説明を省略する。
【００５２】
図４に示すように、実施の形態２に係る塗布装置２００は、図１に示されたノズル３の代わりに、液体材料５を窪み部２ａに供給するノズル６を備えている。ノズル６はその内部に貫通孔６ａが形成されており、その貫通孔６ａのいずれか一方の端部である吐出口側に形成された蓋部６ｂを備えている。そして、そのノズル６は蓋部６ｂが設置された側の貫通孔６ａの端部が窪み部２ａ上に位置するように設置されている。さらに、蓋部６ｂは窪み部２ａと対向するように設置される。そして、ノズル６は、図示していないポンプ等に連結され、液体材料５を嵌合部材２の窪み部２ａに供給する。蓋部６ｂは、円盤状であって、嵌合部材２の直径以上の大きさの直径を有し、塗布装置２００の動作時において、平面視において嵌合部材２を覆い隠してしまうように配置されている。
【００５３】
実施の形態２に係る塗布装置２００は、ノズル６から液体材料５が供給されて、窪み部２ａに貯留されると、ターンテーブル１を回転させる。それにより、ターンテーブル１が回転することで、窪み部２ａに貯留されている液体材料５が遠心力の作用により、基板４の中心から円周側へと塗り広げられていく。その際に、蓋部６ｂにより液体材料５の広がる方向が水平方向に規制される。つまり、蓋部６ｂが設置されていることから、窪み部２ａから基板４の上面より上方に液体材料５が飛散することはなく、基板４の上面に沿って液体材料５が塗り広げられていく。そのため、実施の形態２に係る塗布装置は、液体材料５は基板４の上面に均一の膜厚となるように塗り広げられるという効果を奏する。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る塗布装置、嵌合部材および塗布方法について図を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態３に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。なお、実施の形態３に係る塗布装置３００は、嵌合部材２と中心孔４ａとの間にシール材７が設けられていることが実施の形態１に係る塗布装置１００とは異なる点であり、それ以外は略同一の構成であることから、同一の構成要素については同一符号を用い、その説明を省略する。
【００５４】
図５に示すように、実施の形態３に係る塗布装置３００において、嵌合部材２はその円盤状の外周に沿って設置されたシール材を有する。そのため、基板４が台座１ａに載置される場合に、中心孔４ａがシール材７と接するように、嵌合部材２が中心孔４ａに嵌り込む。実施の形態３に係る塗布装置３００は、このような構成であることから、窪み部２ａに貯留された液体材料５が嵌合部材２から基板４の上面へと塗り広げられる際に、中心孔４ａと嵌合部材２との接触箇所から台座１ａへと液体材料５がしみ出しにくいという効果を奏する。なお、シール材７としては、例えば、シリコーンやフッ素系ゴム等を用いればよい。
【００５５】
なお、上述の本発明の実施の形態１〜３に係る塗布装置、嵌合部材および塗布方法は、例えば、微細構造を有するパターンドメディアを作製する際等に用いる。具体的には、基板面に液体材料をスピンコート法により塗り広げた後にナノインプリント技術により微細構造をこの液体材料に転写するが、その際のスピンコート法に用いればよい。
【００５６】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００５７】
１ ターンテーブル
１ａ 台座
１ｂ 回転軸
１ｃ 凹部
２、２−１〜２−３ 嵌合部材
２ａ、２ａ−１〜２ａ−３ 窪み部
２ｂ 凸部
２ｃ 平坦部
２ｄ 軸
３ ノズル
４ 基板
４ａ 中心孔
５ 液体材料
６ ノズル
６ａ 貫通孔
６ｂ 蓋部
７ シール材
１００、２００、３００ 塗布装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンコート法により液体材料を基板に塗布する際に基板の中心部にはめ込まれて使用される塗布用嵌合部材、それを備えた塗布装置および塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板上に液体材料を塗布し、その基板を回転させることで基板面に液体材料を塗り広げる方法として、スピンコート法がある。例えば、基板を回転可能なターンテーブルに真空チャック方式で固定し、基板の中心に液体材料を滴下する。ターンテーブルが回転することで基板も回転し、その遠心力で液体材料が基板に塗り広げられる。スピンコート法においては、基板の回転数により液体の膜厚調整がなされる。また、スピンコート法においては、液体材料は遠心力により均一に基板上に広がるため、高い平坦性も得られる。基板としては、シリコンウェハーが一般的であるが、中心に孔が形成されたガラス基板やプラスチック基板等も用いられている。
【０００３】
ここで、特許文献１にはスピンコート法における、基板の回転中心からの半径ｒと膜厚ｈとの関係を示す、以下に示す式１が記載されている。
【０００４】
【数１】
【０００５】
式１において、ｒ０は回転中心から塗布開始位置までの距離を示し、ηは液体の粘度を示し、ρは液体の密度を示し、ωは回転角速度を示し、ｔは回転時間を示す。
【０００６】
式１を用いて、基板中心（回転中心）に液体材料を塗布した場合と、基板中心から半径方向に１０ｍｍ離れた位置に円環状に液体材料を塗布した場合とについてその膜厚を求めた。具体的には、上記２つの場合について、スピンコート法を用いて液体を塗り広げた場合の基板中心からの距離と液体材料の膜厚との関係を算出した。そして、その結果を、図６および図７に示した。ここで、粘度ηは２．８ｃｐとし、密度ρは０．９２ｇ／ｃｍ３とし、回転角速度ωは５２３．３３ｒａｄ／ｓとし、時間ｔは２０秒とした。なお、想定した液体材料は、ＳＯＧ（東京応化製、Ｔ−７−８０００Ｔ）である。
【０００７】
図６は基板中心に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。また、図７は基板中心から１０ｍｍ離れた位置に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。図６および図７において、縦軸が膜厚（ｎｍ）で、横軸が基板中心からの距離（ｍｍ）である。図６に示すように、基板中心に液体材料を塗布した場合は基板上において、液体材料は略均一な膜厚で広がっている。しかし、図７に示すように、液体材料の塗布位置が基板中心から離れた場合は、基板中心に近づくほど液体材料の膜厚が薄くなっていて、均一とは言えない。これらの結果より、中心孔が形成された基板のように、基板中心に液体材料を塗布することが困難な場合は、スピンコート法により基板に形成される液体材料の膜厚は理論的に不均一になることがわかる。
【０００８】
また、図８に示す従来のスピンコート装置を用いて、実際にスピンコート法を行った結果について示す。なお、中心孔が形成された基板を用いて、基板中心から離れた位置に液体材料を塗布した。図８は従来のスピンコート装置の構成を示した断面図である。図８に示すように、従来の塗布装置（スピンコート装置）５００はターンテーブル１１とノズル１３とを備える。ターンテーブル１１は円盤状の基板１４を載せる円盤状の台座１１ａと、その中心軸に沿って設置された回転軸１１ｂとを備えて構成される。ノズル１３はその端部から液体材料１５を吐出する。
【０００９】
このような構成の塗布装置５００の動作について説明する。まず、ターンテーブル１１上に基板１４を載置する。そして、ノズル１３から液体材料１５が吐出され、中心孔が形成された基板１４上に液体材料１５が塗布される。そして、ターンテーブル１１が回転軸１１ｂを中心に回転する。それにより、基板１４上の液体材料１５は遠心力により、基板１４上を、その外周方向へ広がる。このような、塗布装置５００を用いて、実際に基板１４上に液体材料１５を形成した場合の実測値を測定し、その結果である基板中心からの距離と液体材料の膜厚との関係を図９に示した。
【００１０】
以下に、この時の条件を具体的に示す。ターンテーブル１１は、ミカサ製のスピンコータ（１Ｈ−ＤＸ２）を用い、基板１４は中心孔の直径が２０ｍｍであり、基板自体の直径が６５ｍｍのガラス基板を用いた。また、液体材料１５はＳＯＧ（東京応化製、Ｔ−７−８０００Ｔ）を用い、その滴下量は約１００μｌとし、滴下位置は基板の中心から半径方向に１４ｍｍ離れた位置とした。滴下装置（ディスペンサ）は、武蔵エンジニアリング製のＭＴ−４１０を用いた。まず、塗布装置５００において、ターンテーブル１１の回転を開始し、３秒後にターンテーブル１１の回転数を１５ｒｐｍとし、その状態で１２秒かけて液体材料１５を滴下した。これにより、基板１４上に円環状に液体材料１５が塗布された。その後、ターンテーブル１１の回転数を５０００ｒｐｍまで上昇させて２０秒回転させた後、３秒かけてターンテーブル１１の回転を停止させた。
【００１１】
図９は、基板中心から１４ｍｍ離れた位置に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。図９において、縦軸が液状材料の膜厚（ｎｍ）で、横軸が基板中心からの距離（ｍｍ）である。なお、横軸において、マイナス側は、基板の中心を対称点とした場合に、プラス方向に対して対称な方向における基板中心からの距離である。また、Ｘ方向は、基板１４における基板１４の中心を通る任意の軸（Ｘ軸）に沿った方向であり、Ｙ方向は、Ｘ軸に直交する軸（Ｙ軸）に沿った方向である。
【００１２】
図９に示すように、基板１４の中心から離れた位置に液体材料１５を塗布した場合は、上述の式１を用いた計算によるものと同様に、液体材料１５の膜厚は基板１４の中心側が比較的薄くなり、基板１４全面の膜厚は均一ではなかった。
【００１３】
スピンコート法により、基板上に塗り広げられた液体材料の膜厚は均一であることが好ましいことから、液体材料の膜厚を均一となるよう、様々なスピンコート技術が提案されている。例えば、特許文献２には、基板の中心孔を孔閉止部材で塞ぎ、中心孔を中心に基板を回転させながら樹脂材料を中心孔の略上方から滴下して、情報記録層の上に樹脂材料をスピンコート法により塗り広げる方法が記載されている。これにより、厚さばらつきが抑制され、均一な厚さの中間層をスピンコート法により容易に作製できる。
【００１４】
また、特許文献３には、塗布厚みの不均一となる部分を、所望塗布面外のガイド部分に形成させることにより、所望塗布面内の塗布厚みを均一にする、塗布方法が記載されている。また、特許文献４には、光ディスクの中央部に載置される円盤状部材を備え、円盤状部材の上面に、その輪郭の平面視形状が円形で、かつその円周方向に沿った深さが一様に形成されて塗液を貯留可能な凹部が形成された塗布装置が記載されている。この装置によれば、塗液を光ディスク上に均一に塗布し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−１９５２５０号公報
【特許文献２】特開２００５−３５３２８２号公報
【特許文献３】特開２００３−２０３４０１号公報
【特許文献４】特開２００３−４７９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、上記特許文献２〜特許文献４に記載の方法は、以下に示す問題を有する。まず、特許文献２に記載の塗布方法は、孔閉止部材の上方から樹脂材料を滴下するが、孔閉止部材の中心すなわち基板の中心に確実に樹脂材料を滴下することは困難である。上述のように、基板の中心から離れた箇所に樹脂材料を滴下すると、基板上に塗り広げられた樹脂材料の膜厚が不均一になることから、特許文献２の塗布方法においても膜厚が不均一になるという問題があった。また、実際に特許文献２に記載された傘状の孔閉止部材を用いて、スピンコート法を行ったが、基板の回転速度が１０００ｒｐｍ以上の場合は、液体材料が、基板の塗布面よりも高い位置にある孔閉止部材の上面に沿って基板に到達するまでに、遠心力により孔閉止部材から飛散した。このとき、基板の塗布面よりも高い位置から飛散した液体材料が基板の塗布面に落下するため、基板の任意の箇所に液体材料が滴下されることになり、液体材料が基板上に均質に塗り広がらず、その膜厚が不均一となった。また、液体材料が飛散することから、損失が大きく、液体材料を基板全面に実際に塗布する量よりも多めに滴下する必要があった。
【００１７】
また、特許文献３に記載の塗布方法は、塗布面中心に確実に液体材料を滴下することが困難であるという問題と、滴下の際に液体材料が飛散する可能性が高く、液体材料が不均質に塗り広がる可能性があるという問題がある。また、特許文献４に記載の塗布装置は、凹部に貯留された塗液が円盤状部材の上面に沿って、光ディスクへと到達するまでに、塗液が遠心力により飛散する可能性が高い。円盤状部材の上面は、基板よりも高い位置にあることから、飛散した塗液が基板の塗布面に落下すると、基板の任意の箇所に塗液が滴下されることになり、塗液が基板上に均質に塗り広がらず、膜厚にむらが生じる。
【００１８】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる、塗布用嵌合部材、塗布装置および塗布方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様に係る塗布用嵌合部材は、基板の上面に液体材料をスピンコート法によって塗布する際に使用される塗布用嵌合部材であって、前記基板の中心孔と同一の径を有し、前記中心孔に嵌め込まれて使用され、窪み部を備え、前記窪み部は、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記基板の上面に対して垂直であって平面視において当該窪み部の中心を通る軸に対して回転対称である形状を有する。
【００２０】
このような、塗布用嵌合部材を基板の中心孔に嵌め込み、窪み部に液状材料を貯留して、基板と塗布用嵌合部材とを一体に回転させることで、液体材料を基板上面に塗り広げることで、遠心力により基板上面に均一に液体材料が広がる。また、液体材料は、窪み部の中心から徐々に外周に向かい、基板上面へと広がることから、液体材料が飛散等して無駄になることが少ない。そのため、この塗布用嵌合部材によれば、スピンコート法において適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。また、この塗布用嵌合部材は基板の中心孔に嵌め込まれて使用されることから、容易に使用状態とすることができる。そして、使用後（塗膜形成後）は容易に基板から取り外すことができる。
【００２１】
また、上述の塗布用嵌合部材は、前記窪み部の外周に形成され、上面は、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記基板の上面に平行である平坦部をさらに備えたことが好ましい。
【００２２】
これにより、スピンコート法を行う際に、窪み部からその外部へと、遠心力により広がっていく液体材料は、平坦部の上面に沿って、基板上面へと進む。窪み部の縁においては傾斜を有するが、その外周に形成された平坦部の上面は基板の上面と平行であるため、液状材料は塗布用嵌合部材から基板へと広がる際に、飛散等せず徐々に基板の上面に広がることになる。したがって、適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【００２３】
また、上述の塗布用嵌合部材において、前記窪み部は、前記窪み部の中心を通る前記軸近傍における断面形状が曲線またはテーパ状であることが好ましい。
【００２４】
これにより、窪み部に貯留されている液体材料には窪み部の中心、すなわち基板の中心へと向かう力がかかっている。したがって、基板の中心に液体材料を塗布した後にスピンコート法を用いたのと同様の効果を得ることができるため、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【００２５】
また、上述の塗布用嵌合部材において、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記窪み部は、その径方向に連続して深さが変化することが好ましい。
【００２６】
これにより、窪み部はなだらかな傾斜を有することになり、スピンコート法を用いた際に、窪み部に貯留された液体材料が均一に基板上に広がっていくという効果を奏する。
【００２７】
また、上述の塗布用嵌合部材は、前記中心孔に嵌め込まれた際に、前記中心孔と接触する箇所に設置されたシール材をさらに備えたことが好ましい。
【００２８】
これにより、スピンコート法を用いた際に、窪み部に貯留された液体材料が基板４へと塗り広げられる際に、中心孔４ａとの接触箇所から液体材料５がしみ出しにくい、塗布用嵌合部材を実現できる。
【００２９】
また、本発明の他の一態様に係る塗布装置は、基板の上面に液体材料をスピンコート法によって塗布する塗布装置であって、上述の塗布用嵌合部材と、前記基板が載置される台座と、前記基板が前記台座に載置された場合に該基板の中心軸と同一の中心軸を有する、前記台座に対して略垂直方向に伸びる回転軸とを有する回転体とを備え、前記塗布用嵌合部材は、その中心軸が前記回転軸の中心軸と同一であるように、前記台座に設置され、前記基板が台座に載置された場合に、前記基板の前記中心孔に前記塗布用嵌合部材が嵌り込む。
【００３０】
この塗布装置を用いることで、窪み部に貯留された液状材料が、台座が回転することに伴い、遠心力により基板の上面に均一に液体材料が広がる。また、液体材料は、窪み部の中心から徐々に外周に向かい、基板上面へと広がることから、液体材料が飛散等して無駄になることが少ない。そのため、この塗布装置を用いることで、スピンコート法により適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。また、基板を台座に載置することも、取り外すことも容易に行うことができる。
【００３１】
また、上述の塗布装置において、前記塗布用嵌合部材は、前記基板が前記台座に載置された際に、前記中心孔に嵌り込み、前記塗布用嵌合部材の前記平坦部の上面が前記基板の上面と同一面、または前記基板の上面よりも前記台座側に位置することが好ましい。
【００３２】
これにより、平坦部の上面は、液体材料が塗布される面である基板の上面と同一面または、それよりも低い位置にあることから、基板の上面よりも高い位置から液体材料が飛散する可能性が低い。そのため、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【００３３】
また、上述の塗布装置において、前記塗布用嵌合部材の上方に、該塗布用嵌合部材と対向して設置される蓋部をさらに備え、前記蓋部の径は、前記塗布用嵌合部材の径以上であって、平面視した場合に、前記塗布用嵌合部材は、前記蓋部に覆われていることが好ましい。
【００３４】
これにより、窪み部から液状材料が飛散して、基板の上面よりも高い位置から液体材料が飛散する可能性が低い。そのため、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【００３５】
また、本発明の他の一態様に係る塗布方法は、上述の塗布装置を用いた塗布方法であって、前記窪み部に前記液体材料を貯留する工程と、前記回転軸を中心に、前記回転体を回転させる工程とを備えている。
【００３６】
これにより、スピンコート法によって、適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、適量の液体材料を用いて、平坦で略均一の膜厚を有する塗膜を基板上に形成できる、塗布用嵌合部材、塗布装置および塗布方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。
【図２】本発明の嵌合部材の形状を示す断面図であって、図２（Ａ）は第１の形状を示す図であり、図２（Ｂ）は第２の形状を示す図であり、図２（Ｃ）は第３の形状を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る塗布装置によりスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。
【図６】基板中心に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。
【図７】基板中心から１０ｍｍ離れた位置に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。
【図８】従来のスピンコート装置の構成を示した断面図である。
【図９】基板中心から１４ｍｍ離れた位置に液体材料を塗布してスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る塗布装置、嵌合部材および塗布方法について図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。図１に示すように、塗布装置１００は、ターンテーブル１と、塗布用嵌合部材２と、ノズル３とを備えている。図１は、塗布装置１００が動作している状態を示しているので、さらに、中心孔４ａが形成された円盤状の基板４と、基板４上にスピンコートにより塗り広げられる液体材料５も図示されている。
【００４０】
ターンテーブル１は、円盤状の台座１ａと、台座１ａの中心軸と同一の中心軸を有し、台座１ａに対して略垂直方向に伸びる円柱状の回転軸１ｂとを備えている。台座１ａの上面には基板４が載置される。また、台座１ａの上面には、嵌合部材２をターンテーブル１に固定するための凹部１ｃが形成されている。回転軸１ｂは、図示していないが、例えば電動機等に連結されていて、その中心軸を中心にして回転運動をすることができる。回転軸１ｂが回転すると、回転軸１ｂと一体である台座１ａもその中心軸を中心に回転する。
【００４１】
嵌合部材２は凸部２ｂを有し、平面視においては円形である。嵌合部材２の上面には、液体材料５が貯留される窪み部２ａが形成されている。上述のように、嵌合部材２は平面視において円形であり、その直径は基板４の中心孔４ａと同一である。すなわち、嵌合部材２は、基板４の中心孔４ａに嵌り込む大きさとされる。また、嵌合部材２は、ターンテーブル１と一体となるような構成を有している。つまり、嵌合部材２は凸部２ｂを有し、ターンテーブル１に形成された凹部１ｃにこの凸部２ｂが挿入され、嵌合部材２はターンテーブル１に固定される。嵌合部材２がターンテーブル１に固定された状態で、基板４の中心孔４ａに嵌合部材２が嵌り込むように基板４は台座１ａ上に載置される。なお、実施の形態１では、嵌合部材２が凸部２ｂを有し、ターンテーブル１が凹部１ｃを有し、嵌合部材２およびターンテーブル１は着脱自在としたが、これら嵌合部材２およびターンテーブル１は一体とされていてもよい。なお、嵌合部材２が中心孔４ａに嵌め込まれた際に、基板４の上面に対して垂直であって、嵌合部材２を平面視した場合に窪み部２ａの中心（嵌合部材２の中心）を通る軸２ｄは、回転軸１ｂの中心軸および基板４の中心軸と一致する。
【００４２】
実施の形態１において、窪み部２ａは球形の窪みであって、底面は平らではない。また、嵌合部材２を平面視した場合に、窪み部２ａは円形であり、その中心位置が塗布装置１００の動作時には最も低い位置に位置する。また、塗布装置１００を動作させる際には、台座１ａは水平とされるが、その際にターンテーブル１に固定された嵌合部材２を、その中心を通り、鉛直方向を含む任意の面で切断した場合の断面形状において、特に窪み部２ａは、その中心を通る鉛直方向に伸びる線に対して回転対称な形状を有している。言い換えると、窪み部２ａは、軸２ｄに対して回転対称である形状を有している。また、嵌合部材２を平面視した場合に、窪み部２ａのさらに外周部分は平坦部２ｃが形成されている。平坦部２ｃの上面は台座１ａおよび基板４の上面と略平行である。より具体的には、塗布装置１００の動作時において、平坦部２ｃの上面は水平である。また、平坦部２ｃの上面は基板４の上面と同一または基板４の上面よりも低い位置にある。
【００４３】
ノズル３は、窪み部２ａ上にその先端である吐出口が位置し、その内部に液体材料５を通す管である。ノズル３は、図示していないポンプ等に連結され、液体材料５を嵌合部材２の窪み部２ａに供給する。
【００４４】
基板４は例えば、ＨＤＤ用２．５インチガラス基板等である。そして、基板４には中心孔４ａが形成されていて、基板４はいわゆるドーナッツ形状を有する。
【００４５】
液体材料５は、基板４上にスピンコート法によって塗り広げられるものであり、例えば、スピンオングラス（ＳＯＧ）材料等とすればよい。例えば、液体材料５は、基板４上に塗り広げられた後、硬化できるように、熱硬化性、光硬化性等を有することとすればよい。
【００４６】
次に、実施の形態１に係る塗布装置１００の動作について説明する。上述のように、ターンテーブル１に嵌合部材２が設置され、これらは一体とされている。そして、この嵌合部材２が、中心孔４ａに嵌り込むように基板４が台座１ａに載置される。なお、嵌合部材２は容易に中心孔４ａに嵌り込むので、準備に手間がかかるということがない。そして、ノズル３から適量の液体材料５が供給されて、窪み部２ａに貯留される。その後、ターンテーブル１が回転し始める。ターンテーブル１が回転することで、窪み部２ａに貯留されている液体材料５が遠心力の作用により、基板４の中心から円周側へと塗り広げられていく。ここで、窪み部２ａに貯留されている液体材料５は窪み部２ａの面に沿って、基板４の円周側へと移動し、さらに平坦部２ｃに沿って基板４の上面へと導かれる。平坦部２ｃが設置されていることから、スムーズに嵌合部材２から基板４へと液体材料５が導かれる。上述したように、平坦部２ｃは基板４の上面と同一または基板４の上面よりも低いため、基板４の上面よりも高い位置から、基板４の上面へと液体材料５が飛散するということがない。したがって、液体材料５は基板４の上面に均一の膜厚となるように塗り広げられる。また、塗布装置１００においては、液体材料５が飛散しにくいため、窪み部２ａに貯留した液体材料５が無駄なく確実に基板４の上面に広がる。したがって、用いる液体材料５の量が少なくてすむ。
【００４７】
ここで、上述のように、液体材料５は基板４の中心付近に形成された窪み部２ａに貯留される。そして、窪み部２ａの中心部が最も低く、その中心部は基板４の中心軸上にある。そのため、液体材料５を窪み部２ａのどの位置に滴下したとしても、液体材料５には絶えず基板４の中心に向かう力がかかっている。そして、遠心力により、基板４へと広がってくることから、基板４の中心位置に液体材料５を塗布してスピンコート法を行ったのと同様の効果を得ることができる。そのため、塗り広げられた液体材料５の膜厚は均一である。また、窪み部２ａに液体材料５を貯留してから、ターンテーブル１を回転させるので、回転している基板に液体材料５を直接滴下することで生じる液体材料５の飛散も生じない。そのため、液体材料５の膜厚は不均一にはなりにくい。また、塗布作業が終了した場合には、嵌合部材２は基板４の中心孔４ａに嵌り込んでいるだけであるため、すぐに基板４を台座１ａから容易に取り外すことができる。
【００４８】
なお、上述の実施の形態１に係る塗布装置１００において、窪み部２ａに液体材料５を貯留させてから、ターンテーブル１を回転させることとしたが、ターンテーブル１を回転させながら、ノズル３から液体材料５を窪み部２ａに供給してもよい。
【００４９】
なお、嵌合部材２の形状は、図１に形状に限定されるわけではなく、例えば、図２に示す形状であってもよい。図２は本発明の嵌合部材の形状を示す断面図であって、図２（Ａ）は第１の形状を示す図であり、図２（Ｂ）は第２の形状を示す図であり、図２（Ｃ）は第３の形状を示す図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す、第１〜第３いずれの形状の嵌合部材２−１〜２−３であってもよい。具体的には、これら嵌合部材２−１〜２−３の窪み部２ａ−１〜２ａ−３の中心位置は、塗布装置１００の動作時には最も低い位置である。具体的には、窪み部２ｂは軸２ｄの近傍における断面形状が曲線またはテーパ状であることが好ましい。そして、窪み部２ａは、その径方向に連続して深さが変化することが好ましい。これにより、スピンコート法を用いて、液体材料５が均一な膜厚となるように塗り広げられる。
【００５０】
ここで、上述の実施の形態１に係る塗布装置１００を実際に用いてスピンコート法により、基板４ｂに液体材料５を塗布した結果を示す。具体的には、その結果、得られた基板中心からの距離と液体材料の膜厚との関係を図３に示した。なお、ターンテーブル１は、ミカサ製のスピンコータ（１Ｈ−ＤＸ２）を用い、基板４は中心孔の直径が２０ｍｍであり、基板自体の直径が６５ｍｍのガラス基板を用いた。また、液体材料５はＳＯＧ（東京応化製、Ｔ−７−８０００Ｔ）を用い、予め窪み部２ａに１００μｌの液体材料５を貯留しておいた。まず、ターンテーブル１の回転数を５０００ｒｐｍとし、その状態で２０秒経過後に、３秒かけてターンテーブル１の回転を停止させた。なお、この場合は、ナノインプリント技術において、基板上に形成された液体材料にモールドを転写して硬化させるために、液体材料を基板上に塗り広げる場合を想定している。
【００５１】
図３は、本発明の実施の形態１に係る塗布装置によりスピンコート法を行った場合における基板中心からの位置と液体材料の膜厚との関係を示したグラフである。図３において、縦軸が膜厚（ｎｍ）で、横軸が基板中心からの距離（ｍｍ）である。なお、横軸において、マイナス側は、基板の中心を対称点とした場合に、プラス方向に対して対称な方向における基板中心からの距離である。また、Ｘ方向は、基板４における基板４の中心を通る任意の軸（Ｘ軸）に沿った方向であり、Ｙ方向は、Ｘ軸に直交する軸（Ｙ軸）に沿った方向である。図３に示すように、基板４の中心からの位置に関係なく、液体材料５の膜厚は略均一である。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る塗布装置、嵌合部材および塗布方法について図を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態２に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。なお、実施の形態２に係る塗布装置２００は、ノズル３（図１を参照）の代わりに蓋部６ｂを有するノズル６を備えたことが実施の形態１に係る塗布装置１００とは異なる点であり、それ以外は略同一の構成であることから、同一の構成要素については同一符号を用い、その説明を省略する。
【００５２】
図４に示すように、実施の形態２に係る塗布装置２００は、図１に示されたノズル３の代わりに、液体材料５を窪み部２ａに供給するノズル６を備えている。ノズル６はその内部に貫通孔６ａが形成されており、その貫通孔６ａのいずれか一方の端部である吐出口側に形成された蓋部６ｂを備えている。そして、そのノズル６は蓋部６ｂが設置された側の貫通孔６ａの端部が窪み部２ａ上に位置するように設置されている。さらに、蓋部６ｂは窪み部２ａと対向するように設置される。そして、ノズル６は、図示していないポンプ等に連結され、液体材料５を嵌合部材２の窪み部２ａに供給する。蓋部６ｂは、円盤状であって、嵌合部材２の直径以上の大きさの直径を有し、塗布装置２００の動作時において、平面視において嵌合部材２を覆い隠してしまうように配置されている。
【００５３】
実施の形態２に係る塗布装置２００は、ノズル６から液体材料５が供給されて、窪み部２ａに貯留されると、ターンテーブル１を回転させる。それにより、ターンテーブル１が回転することで、窪み部２ａに貯留されている液体材料５が遠心力の作用により、基板４の中心から円周側へと塗り広げられていく。その際に、蓋部６ｂにより液体材料５の広がる方向が水平方向に規制される。つまり、蓋部６ｂが設置されていることから、窪み部２ａから基板４の上面より上方に液体材料５が飛散することはなく、基板４の上面に沿って液体材料５が塗り広げられていく。そのため、実施の形態２に係る塗布装置は、液体材料５は基板４の上面に均一の膜厚となるように塗り広げられるという効果を奏する。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る塗布装置、嵌合部材および塗布方法について図を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態３に係る塗布装置の構造について説明するための断面図である。なお、実施の形態３に係る塗布装置３００は、嵌合部材２と中心孔４ａとの間にシール材７が設けられていることが実施の形態１に係る塗布装置１００とは異なる点であり、それ以外は略同一の構成であることから、同一の構成要素については同一符号を用い、その説明を省略する。
【００５４】
図５に示すように、実施の形態３に係る塗布装置３００において、嵌合部材２はその円盤状の外周に沿って設置されたシール材を有する。そのため、基板４が台座１ａに載置される場合に、中心孔４ａがシール材７と接するように、嵌合部材２が中心孔４ａに嵌り込む。実施の形態３に係る塗布装置３００は、このような構成であることから、窪み部２ａに貯留された液体材料５が嵌合部材２から基板４の上面へと塗り広げられる際に、中心孔４ａと嵌合部材２との接触箇所から台座１ａへと液体材料５がしみ出しにくいという効果を奏する。なお、シール材７としては、例えば、シリコーンやフッ素系ゴム等を用いればよい。
【００５５】
なお、上述の本発明の実施の形態１〜３に係る塗布装置、嵌合部材および塗布方法は、例えば、微細構造を有するパターンドメディアを作製する際等に用いる。具体的には、基板面に液体材料をスピンコート法により塗り広げた後にナノインプリント技術により微細構造をこの液体材料に転写するが、その際のスピンコート法に用いればよい。
【００５６】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００５７】
１ ターンテーブル
１ａ 台座
１ｂ 回転軸
１ｃ 凹部
２、２−１〜２−３ 嵌合部材
２ａ、２ａ−１〜２ａ−３ 窪み部
２ｂ 凸部
２ｃ 平坦部
２ｄ 軸
３ ノズル
４ 基板
４ａ 中心孔
５ 液体材料
６ ノズル
６ａ 貫通孔
６ｂ 蓋部
７ シール材
１００、２００、３００ 塗布装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面に液体材料をスピンコート法によって塗布する際に使用される塗布用嵌合部材であって、
前記基板の中心孔と同一の径を有し、前記中心孔に嵌め込まれて使用され、窪み部を備え、
前記窪み部は、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記基板の上面に対して垂直であって平面視において当該窪み部の中心を通る軸に対して回転対称である形状を有することを特徴とする、塗布用嵌合部材。
【請求項２】
前記窪み部の外周に形成され、上面は、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記基板の上面に平行である平坦部をさらに備えたことを特徴とする、塗布用嵌合部材。
【請求項３】
前記窪み部は、前記窪み部の中心を通る前記軸近傍における断面形状が曲線またはテーパ状であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の塗布用嵌合部材。
【請求項４】
前記中心孔に嵌め込まれた際に前記窪み部は、その径方向に連続して深さが変化することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の塗布用嵌合部材。
【請求項５】
前記中心孔に嵌め込まれた際に、前記中心孔と接触する箇所に設置されたシール材をさらに備えたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の塗布用嵌合部材。
【請求項６】
基板の上面に液体材料をスピンコート法によって塗布する塗布装置であって、
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の塗布用嵌合部材と、
前記基板が載置される台座と、前記基板が前記台座に載置された場合に該基板の中心軸と同一の中心軸を有する、前記台座に対して略垂直方向に伸びる回転軸とを有する回転体とを備え、
前記塗布用嵌合部材は、その中心軸が前記回転軸の中心軸と同一であるように、前記台座に設置され、
前記基板が台座に載置された場合に、前記基板の前記中心孔に前記塗布用嵌合部材が嵌り込むことを特徴とする、塗布装置。
【請求項７】
前記塗布用嵌合部材は、前記基板が前記台座に載置された際に、前記中心孔に嵌り込み、
前記塗布用嵌合部材の前記平坦部の上面が前記基板の上面と同一面、または前記基板の上面よりも前記台座側に位置することを特徴とする、請求項６に記載の塗布装置。
【請求項８】
前記塗布用嵌合部材の上方に、該塗布用嵌合部材と対向して設置される蓋部をさらに備え、
前記蓋部の径は、前記塗布用嵌合部材の径以上であって、平面視した場合に、前記塗布用嵌合部材は、前記蓋部に覆われていることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の塗布装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の塗布装置を用いた塗布方法であって、
前記窪み部に前記液体材料を貯留する工程と、
前記回転軸を中心に、前記回転体を回転させる工程とを備えたことを特徴とする、塗布方法。
【請求項１】
基板の上面に液体材料をスピンコート法によって塗布する際に使用される塗布用嵌合部材であって、
前記基板の中心孔と同一の径を有し、前記中心孔に嵌め込まれて使用され、窪み部を備え、
前記窪み部は、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記基板の上面に対して垂直であって平面視において当該窪み部の中心を通る軸に対して回転対称である形状を有することを特徴とする、塗布用嵌合部材。
【請求項２】
前記窪み部の外周に形成され、上面は、前記中心孔に嵌め込まれた際に前記基板の上面に平行である平坦部をさらに備えたことを特徴とする、塗布用嵌合部材。
【請求項３】
前記窪み部は、前記窪み部の中心を通る前記軸近傍における断面形状が曲線またはテーパ状であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の塗布用嵌合部材。
【請求項４】
前記中心孔に嵌め込まれた際に前記窪み部は、その径方向に連続して深さが変化することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の塗布用嵌合部材。
【請求項５】
前記中心孔に嵌め込まれた際に、前記中心孔と接触する箇所に設置されたシール材をさらに備えたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の塗布用嵌合部材。
【請求項６】
基板の上面に液体材料をスピンコート法によって塗布する塗布装置であって、
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の塗布用嵌合部材と、
前記基板が載置される台座と、前記基板が前記台座に載置された場合に該基板の中心軸と同一の中心軸を有する、前記台座に対して略垂直方向に伸びる回転軸とを有する回転体とを備え、
前記塗布用嵌合部材は、その中心軸が前記回転軸の中心軸と同一であるように、前記台座に設置され、
前記基板が台座に載置された場合に、前記基板の前記中心孔に前記塗布用嵌合部材が嵌り込むことを特徴とする、塗布装置。
【請求項７】
前記塗布用嵌合部材は、前記基板が前記台座に載置された際に、前記中心孔に嵌り込み、
前記塗布用嵌合部材の前記平坦部の上面が前記基板の上面と同一面、または前記基板の上面よりも前記台座側に位置することを特徴とする、請求項６に記載の塗布装置。
【請求項８】
前記塗布用嵌合部材の上方に、該塗布用嵌合部材と対向して設置される蓋部をさらに備え、
前記蓋部の径は、前記塗布用嵌合部材の径以上であって、平面視した場合に、前記塗布用嵌合部材は、前記蓋部に覆われていることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の塗布装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の塗布装置を用いた塗布方法であって、
前記窪み部に前記液体材料を貯留する工程と、
前記回転軸を中心に、前記回転体を回転させる工程とを備えたことを特徴とする、塗布方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２７２１６５（Ｐ２０１０−２７２１６５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２２８４８（Ｐ２００９−１２２８４８）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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