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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024122710
(43)【公開日】2024-09-09
(54)【発明の名称】遊星式スピンコーターおよびスピンコート方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/027 20060101AFI20240902BHJP
B05C 11/08 20060101ALI20240902BHJP
【ＦＩ】
H01L21/30 564C
B05C11/08
H01L21/30 564Z
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023030397
(22)【出願日】2023-02-28
(71)【出願人】
【識別番号】504237050
【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構
(74)【代理人】
【識別番号】100166073
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 秀治
(72)【発明者】
【氏名】徳丸 和樹
(72)【発明者】
【氏名】笠間 俊次
【テーマコード（参考）】
4F042
5F146
【Ｆターム（参考）】
4F042AA02
4F042AA06
4F042AA07
4F042BA05
4F042BA08
4F042BA10
4F042BA12
4F042BA25
4F042BA27
4F042DH09
4F042EB02
4F042EB05
4F042EB09
4F042EB12
4F042EB29
5F146JA06
5F146JA11
5F146JA13
(57)【要約】
【課題】 従来のスピンコーターよりも均一かつ薄層の塗布膜を形成する手段を提供する。
【解決手段】 基板の塗布面を水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブル８、該自転テーブル８の中心部に設けた自転軸２を中心に自転テーブル８を回転させる自転機構、前記自転軸２から任意の距離に設けた公転軸３を中心に自転軸２を公転軌道上に回転させる公転機構、駆動モーターおよび減速装置を有し、自転軸２から自転テーブル８の最外周部までの距離を自転半径Ａ、前記自転軸２と前記公転軸３との距離を公転半径Ｂ、自転角速度をＶ、公転角速度をＷとしたときに、Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、自転および公転の半径ならびに回転数を設定する。
【選択図】図３
【解決手段】 基板の塗布面を水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブル８、該自転テーブル８の中心部に設けた自転軸２を中心に自転テーブル８を回転させる自転機構、前記自転軸２から任意の距離に設けた公転軸３を中心に自転軸２を公転軌道上に回転させる公転機構、駆動モーターおよび減速装置を有し、自転軸２から自転テーブル８の最外周部までの距離を自転半径Ａ、前記自転軸２と前記公転軸３との距離を公転半径Ｂ、自転角速度をＶ、公転角速度をＷとしたときに、Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、自転および公転の半径ならびに回転数を設定する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルと、
該自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に自転テーブルを回転させる自転機構と、
前記自転軸から任意の距離に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有し、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定することを特徴とする、遊星式スピンコーター。
該自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に自転テーブルを回転させる自転機構と、
前記自転軸から任意の距離に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有し、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定することを特徴とする、遊星式スピンコーター。
【請求項2】
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルを、公転軌道上に等間隔に、かつ塗布面を水平上方に向けた状態で配置し、
それぞれの自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に個々の自転テーブルを回転させる自転機構と、
これらの複数の自転軸から等距離の位置に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に各自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有し、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定することを特徴とする、遊星式スピンコーター。
それぞれの自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に個々の自転テーブルを回転させる自転機構と、
これらの複数の自転軸から等距離の位置に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に各自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有し、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定することを特徴とする、遊星式スピンコーター。
【請求項3】
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルと、
該自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に自転テーブルを回転させる自転機構と、
前記自転軸から任意の距離に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有する、遊星式スピンコーターを用いて、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定し、
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で自転テーブルに配置し、
該塗布面に塗布剤を供給したのちに、
前記基板の中心部に設けた鉛直の自転軸を中心に、基板を所定の回転数で水平回転させるとともに、
該自転軸から任意の距離に設けた鉛直の公転軸を中心に、基板を所定の回転数で水平回転させることで、
自転遠心力と公転遠心力からなる不規則な方向性を持つ合成遠心力を、塗布剤に作用させることを特徴とする、スピンコート方法。
該自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に自転テーブルを回転させる自転機構と、
前記自転軸から任意の距離に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有する、遊星式スピンコーターを用いて、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定し、
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で自転テーブルに配置し、
該塗布面に塗布剤を供給したのちに、
前記基板の中心部に設けた鉛直の自転軸を中心に、基板を所定の回転数で水平回転させるとともに、
該自転軸から任意の距離に設けた鉛直の公転軸を中心に、基板を所定の回転数で水平回転させることで、
自転遠心力と公転遠心力からなる不規則な方向性を持つ合成遠心力を、塗布剤に作用させることを特徴とする、スピンコート方法。
【請求項4】
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルを、公転軌道上に等間隔に、かつ塗布面を水平上方に向けた状態で各々配置し、
それぞれの自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に個々の自転テーブルを回転させる自転機構と、
これらの複数の自転軸から等距離の位置に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に各自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う駆動モーターおよび減速装置とを有する、遊星式スピンコーターを用いて、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定し、
スピンコートの対象となる各基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で各々の自転テーブルに配置し、
それらの塗布面に塗布剤を供給したのちに、
前記基板の中心部に設けた鉛直の自転軸を中心に、各基板を所定の回転数で水平回転させるとともに、
該自転軸から任意の距離に設けた鉛直の公転軸を中心に、各基板を所定の回転数で水平回転させることで、
自転遠心力と公転遠心力からなる不規則な方向性を持つ合成遠心力を、塗布剤に作用させることを特徴とする、スピンコート方法。
それぞれの自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に個々の自転テーブルを回転させる自転機構と、
これらの複数の自転軸から等距離の位置に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に各自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う駆動モーターおよび減速装置とを有する、遊星式スピンコーターを用いて、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定し、
スピンコートの対象となる各基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で各々の自転テーブルに配置し、
それらの塗布面に塗布剤を供給したのちに、
前記基板の中心部に設けた鉛直の自転軸を中心に、各基板を所定の回転数で水平回転させるとともに、
該自転軸から任意の距離に設けた鉛直の公転軸を中心に、各基板を所定の回転数で水平回転させることで、
自転遠心力と公転遠心力からなる不規則な方向性を持つ合成遠心力を、塗布剤に作用させることを特徴とする、スピンコート方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体製造過程で基板表面上にレジストやセラミックス塗布剤などを塗布するための遊星式スピンコーターおよびスピンコート方法に関し、詳細には、高粘度のスラリー材料を基板表面に均一に塗布するための遊星式スピンコーターおよびスピンコート方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年のＤＸ活用やカーボンニュートラル指向の高まりを受け、あらゆる産業においてＩｏＴ向け小型センサ、燃料電池、全固体電池などの電子部材のニーズが急速に高まりつつある。
これらの製品の製造においては、いずれも最先端の半導体製造技術や多層薄膜製造技術が不可欠であり、その基盤技術として、半導体基板表面上や機能性素材の基板上にレジストやセラミックス塗布剤を均一に塗布する製造技術が求められている。
これらの製品の製造においては、いずれも最先端の半導体製造技術や多層薄膜製造技術が不可欠であり、その基盤技術として、半導体基板表面上や機能性素材の基板上にレジストやセラミックス塗布剤を均一に塗布する製造技術が求められている。
【0003】
半導体ウェハーやプリント基板の製造工程では、スピンコーターを用いてフォトレジストを薄膜状に塗布する技術が一般的に用いられている。
スピンコーターは、基板を回転させながら、その基板表面の中心付近に塗布剤（フォトレジスト）を供給する機構となっており、回転遠心力を使って塗布剤を基板全体に広く拡散させる点に特徴がある。
スピンコーターは、基板を回転させながら、その基板表面の中心付近に塗布剤（フォトレジスト）を供給する機構となっており、回転遠心力を使って塗布剤を基板全体に広く拡散させる点に特徴がある。
【0004】
ここで、スピンコーターは、原理的に、基板の回転中心から外周部に向かうほど遠心力が増大するため、半径方向の塗布膜厚みを均一化することが難しい。
すなわち、遠心力の小さい回転中心では塗布膜が厚く、外周ほど塗布膜が薄くなる傾向が避けられない。
また、円周方向への加速度も生じないため、円周方向での塗布膜厚みのバラツキを解消することも難しい。
すなわち、遠心力の小さい回転中心では塗布膜が厚く、外周ほど塗布膜が薄くなる傾向が避けられない。
また、円周方向への加速度も生じないため、円周方向での塗布膜厚みのバラツキを解消することも難しい。
【0005】
スピンコーターの塗布膜厚みの不均一性は、流動性の悪い高粘性の塗布剤ほどその悪影響が強く表れる。
【0006】
スピンコートの際の塗布剤の挙動については、例えば、非特許文献１のような一般的な技術論文に紹介されている。
これによれば、基板上の塗布剤の挙動は一般的な流体挙動としてとらえることができる。
塗布剤にかかる最も大きな力は回転遠心力であり、これは回転中心からの距離に依存するため、スピンコーターで半径方向の塗布膜厚みを均一に形成することは原理的に難しい。
また、定常速度の回転における遠心加速度は、法線方向へ向かう力であるため、円周方向への塗布剤の移動や塗布膜厚みの均一化作用はほとんど期待できない。
これによれば、基板上の塗布剤の挙動は一般的な流体挙動としてとらえることができる。
塗布剤にかかる最も大きな力は回転遠心力であり、これは回転中心からの距離に依存するため、スピンコーターで半径方向の塗布膜厚みを均一に形成することは原理的に難しい。
また、定常速度の回転における遠心加速度は、法線方向へ向かう力であるため、円周方向への塗布剤の移動や塗布膜厚みの均一化作用はほとんど期待できない。
【0007】
さらに、塗布剤の粘性の影響も大きく、特に、固体粒子を懸濁させたスラリー状の塗布剤は流動性が極めて低いため、スピンコーターで基板平面内に塗布剤を均一拡散させるのは容易ではないことが記載されている。
【0008】
今後の太陽電池部材等の製造においては、セラミックス等の固体粒子を懸濁させたスラリー塗布剤の活用が重要となるため、高粘度スラリーをより均一に薄膜化できる高機能のスピンコーター装置ならびにスピンコート技術の開発が求められている。
【0009】
スピンコーターの半径方向の塗布膜厚みを均一化する手段として、特許文献１で開示されているような基板の回転軸の角度を傾斜させるスピンコーター技術が提案されている。
この技術は、遠心力がゼロとなる回転中心付近に供給された塗布剤が滞留するのを防止するために、基板全体を傾斜させ、傾斜した回転軸を中心に基板を回転させることにより、滞留した塗布剤を重力によって基板外周部へ滴下移動させるものである。
この技術は、遠心力がゼロとなる回転中心付近に供給された塗布剤が滞留するのを防止するために、基板全体を傾斜させ、傾斜した回転軸を中心に基板を回転させることにより、滞留した塗布剤を重力によって基板外周部へ滴下移動させるものである。
【0010】
また、特許文献２では、スピンコート処理において発生するウェハー中央部の膜の盛り上がりを防止する方法として、公転テーブル上の基板を偏心スライドさせる機構を設けたスピンコーター技術が開示されている。
この技術は、偏心スライド機構を用いて、被塗布剤である基板の位置をスピンコーターの回転中心軸から順次ずらすことで、基板中心付近の塗布剤にも遠心力を作用させ、塗布剤の外周側への移動を促進し、基板中心部の塗布膜の盛り上がりを回避するものである。
この技術は、偏心スライド機構を用いて、被塗布剤である基板の位置をスピンコーターの回転中心軸から順次ずらすことで、基板中心付近の塗布剤にも遠心力を作用させ、塗布剤の外周側への移動を促進し、基板中心部の塗布膜の盛り上がりを回避するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開２００２－１５３８００号公報
【特許文献2】特開２００７－１０５６１７号公報
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】「スピンコートによる単分散粒子凝集スラリーの構造制御」吉羽 洋、菰田悦之、今駒博信、薄井洋基：日本レオロジー学会誌 Ｖｏｌ．３３（Ｎｏ．５），ｐ．２７９～２８３（２００５年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
特許文献１に記載の発明におけるスピンコーターでは、回転中心付近の厚い塗布膜の滞留解消には有効であるが、重力の作用は回転遠心力に比べて相対的に小さく、基板全体の塗布膜厚みを均一化する効果は限定的である。
【0014】
また、特許文献２に記載の偏心公転のスピンコーターは、ウェハー中心付近の塗布膜の盛り上がり解消には有効であるが、偏心回転の半径方向での塗布厚偏りが避けられず、偏心回転方向への塗布剤移動も起こらないため、塗布膜厚みを均一化する効果は期待できない。
【0015】
この問題点を回避する技術として、特許文献２ではさらに、回転体である公転テーブル上に基板の偏心スライド機構と補助回転駆動手段の両方を設置する技術が開示されている。
この技術を用いれば、基板上の塗布剤を円周方向と半径方向に有効に移動させることができ、塗布膜の厚み均一化に効果的である。
この技術を用いれば、基板上の塗布剤を円周方向と半径方向に有効に移動させることができ、塗布膜の厚み均一化に効果的である。
【0016】
しかしながら、この特許文献２の技術を実装するためには、偏心スライド機構や補助回転機構に加えて、それぞれの制御線と動力線を配線する必要があり、装置構造の複雑化が避けられない。
また、補助回転を行う際には、基板からの余剰塗布剤の飛散問題も解決する必要があり、複雑な駆動機構を保護するための装置課題が多く残されている。
また、補助回転を行う際には、基板からの余剰塗布剤の飛散問題も解決する必要があり、複雑な駆動機構を保護するための装置課題が多く残されている。
【0017】
したがって、本発明の解決しようとする課題は、従来のスピンコーターでは実現困難であった塗布膜厚みの円周方向および半径方向のバラツキを解消しながら、余剰塗布剤の飛散問題を解決し、なおかつ、処理速度を大幅に向上できるスピンコート手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明の課題を解決するための手段は、下記のとおりである。
【0019】
第１に、
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルと、
該自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に自転テーブルを回転させる自転機構と、
前記自転軸から任意の距離に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有し、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定することを特徴とする、遊星式スピンコーター。
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルと、
該自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に自転テーブルを回転させる自転機構と、
前記自転軸から任意の距離に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有し、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定することを特徴とする、遊星式スピンコーター。
【0020】
第２に、
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルを、公転軌道上に等間隔に、かつ塗布面を水平上方に向けた状態で配置し、
それぞれの自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に個々の自転テーブルを回転させる自転機構と、
これらの複数の自転軸から等距離の位置に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に各自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有し、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定することを特徴とする、遊星式スピンコーター。
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルを、公転軌道上に等間隔に、かつ塗布面を水平上方に向けた状態で配置し、
それぞれの自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に個々の自転テーブルを回転させる自転機構と、
これらの複数の自転軸から等距離の位置に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に各自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有し、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定することを特徴とする、遊星式スピンコーター。
【0021】
第３に、
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルと、
該自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に自転テーブルを回転させる自転機構と、
前記自転軸から任意の距離に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有する、遊星式スピンコーターを用いて、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定し、
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で自転テーブルに配置し、
該塗布面に塗布剤を供給したのちに、
前記基板の中心部に設けた鉛直の自転軸を中心に、基板を所定の回転数で水平回転させるとともに、
該自転軸から任意の距離に設けた鉛直の公転軸を中心に、基板を所定の回転数で水平回転させることで、
自転遠心力と公転遠心力からなる不規則な方向性を持つ合成遠心力を、塗布剤に作用させることを特徴とする、スピンコート方法。
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルと、
該自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に自転テーブルを回転させる自転機構と、
前記自転軸から任意の距離に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う、駆動モーターおよび減速装置とを有する、遊星式スピンコーターを用いて、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定し、
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で自転テーブルに配置し、
該塗布面に塗布剤を供給したのちに、
前記基板の中心部に設けた鉛直の自転軸を中心に、基板を所定の回転数で水平回転させるとともに、
該自転軸から任意の距離に設けた鉛直の公転軸を中心に、基板を所定の回転数で水平回転させることで、
自転遠心力と公転遠心力からなる不規則な方向性を持つ合成遠心力を、塗布剤に作用させることを特徴とする、スピンコート方法。
【0022】
第４に、
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルを、公転軌道上に等間隔に、かつ塗布面を水平上方に向けた状態で各々配置し、
それぞれの自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に個々の自転テーブルを回転させる自転機構と、
これらの複数の自転軸から等距離の位置に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に各自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う駆動モーターおよび減速装置とを有する、遊星式スピンコーターを用いて、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定し、
スピンコートの対象となる各基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で各々の自転テーブルに配置し、
それらの塗布面に塗布剤を供給したのちに、
前記基板の中心部に設けた鉛直の自転軸を中心に、各基板を所定の回転数で水平回転させるとともに、
該自転軸から任意の距離に設けた鉛直の公転軸を中心に、各基板を所定の回転数で水平回転させることで、
自転遠心力と公転遠心力からなる不規則な方向性を持つ合成遠心力を、塗布剤に作用させることを特徴とする、スピンコート方法。
スピンコートの対象となる基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で配置可能な自転テーブルを、公転軌道上に等間隔に、かつ塗布面を水平上方に向けた状態で各々配置し、
それぞれの自転テーブルの中心部に鉛直の自転軸を設け、該自転軸を中心に個々の自転テーブルを回転させる自転機構と、
これらの複数の自転軸から等距離の位置に鉛直の公転軸を設け、該公転軸を中心に各自転軸を公転軌道上に回転させる公転機構と、
前記自転機構および前記公転機構による回転動作を行う駆動モーターおよび減速装置とを有する、遊星式スピンコーターを用いて、
自転軸から自転テーブルの最外周部までの距離を、自転半径Ａとし、
前記自転軸と前記公転軸との距離を、公転半径Ｂとし、
自転角速度をＶとし、
公転角速度をＷとしたときに、
Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、
（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、
自転および公転の半径ならびに回転数を設定し、
スピンコートの対象となる各基板の塗布面を、水平上方に向けた状態で各々の自転テーブルに配置し、
それらの塗布面に塗布剤を供給したのちに、
前記基板の中心部に設けた鉛直の自転軸を中心に、各基板を所定の回転数で水平回転させるとともに、
該自転軸から任意の距離に設けた鉛直の公転軸を中心に、各基板を所定の回転数で水平回転させることで、
自転遠心力と公転遠心力からなる不規則な方向性を持つ合成遠心力を、塗布剤に作用させることを特徴とする、スピンコート方法。
【発明の効果】
【0023】
本発明の遊星式スピンコーターおよびスピンコート方法は、基板上の塗布剤に自転と公転の２つの回転遠心力を同時に作用させることで、基板表面全体に塗布剤を効果的かつ効率的に、スピンコート処理することが可能となる。
すなわち、本発明によれば、通常のスピンコーターでは困難な塗布膜厚みの円周方向および半径方向の均一化を実現しながら、塗布剤の飛散問題を解消し、なおかつ、大幅なスピンコート処理速度の向上をもたらすことができる。
すなわち、本発明によれば、通常のスピンコーターでは困難な塗布膜厚みの円周方向および半径方向の均一化を実現しながら、塗布剤の飛散問題を解消し、なおかつ、大幅なスピンコート処理速度の向上をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明について、遊星式スピンコーターの基板上に作用する合成遠心力の説明図である。
【図2】従来型スピンコーターの基板上に作用する遠心力と半径方向の塗布膜厚みの説明図である。
【図3】本発明について、遊星式スピンコーターの構成例を示す説明図である。
【図4】本発明について、遊星式スピンコーターのギア式回転機構の構成例を示す説明図である。
【図5】本発明について、複数の自転テーブルを有する遊星式スピンコーターの構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
なお、ここでの説明は本発明が実施される一形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
なお、ここでの説明は本発明が実施される一形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【0026】
ここで、添付図面において同一の部材には同一符号を付しており、また重複した説明は省略されている。
【実施例0027】
図１の模式図を参照しながら、本発明の遊星式スピンコーターの基本的効果を、実施例１として以下に説明する。
図１では、半径Ａの円盤状の基板１が自転軸２を中心に角速度Ｖで水平回転しながら、同時に、公転半径Ｂおよび角速度Ｗで公転軸３を中心に水平回転する遊星式スピンコーター４を模式的に示したものである。
そして、基板上の定点Ｒが公転角度９０度ごとにＲ１→Ｒ２→Ｒ３の位置へと変化する状況と、基板上の代表点において塗布剤が受ける合成遠心力Ｆｔをベクトル表示したものである。
図１では、半径Ａの円盤状の基板１が自転軸２を中心に角速度Ｖで水平回転しながら、同時に、公転半径Ｂおよび角速度Ｗで公転軸３を中心に水平回転する遊星式スピンコーター４を模式的に示したものである。
そして、基板上の定点Ｒが公転角度９０度ごとにＲ１→Ｒ２→Ｒ３の位置へと変化する状況と、基板上の代表点において塗布剤が受ける合成遠心力Ｆｔをベクトル表示したものである。
【0028】
基板１は公転軸３を中心とした公転運動を行いながら、基板自身も自転運動を行うため、公転軸３と基板上の定点Ｒとの距離は時々刻々と変化する。
そのため、定点Ｒに作用する公転遠心力Ｆｏは、自転に伴って刻々と変化する。
すなわち、定点Ｒの実質の公転半径は、最小値（Ｂ－Ａ）から最大値（Ｂ＋Ａ）の範囲内で連続的に変化するもので、公転遠心力Ｆｏは、（Ｂ－Ａ）×Ｗ２から（Ｂ＋Ａ）×Ｗ２の範囲内で周期的に増減する。
そのため、定点Ｒに作用する公転遠心力Ｆｏは、自転に伴って刻々と変化する。
すなわち、定点Ｒの実質の公転半径は、最小値（Ｂ－Ａ）から最大値（Ｂ＋Ａ）の範囲内で連続的に変化するもので、公転遠心力Ｆｏは、（Ｂ－Ａ）×Ｗ２から（Ｂ＋Ａ）×Ｗ２の範囲内で周期的に増減する。
【0029】
一方、定点Ｒがうける自転遠心力Ｆｒは、Ａ×Ｖ２の一定値であるが、回転角に応じて作用方向が常に変化するため、公転遠心力Ｆｏと自転遠心力Ｆｒの合成遠心力Ｆｔは、その大きさと方向が複雑に変化する。
図１では、公転角度１８０度位置の定点Ｒ２にかかる公転遠心力Ｆｏ、自転遠心力Ｆｒ、および合成遠心力Ｆｔのベクトル線を例示している。
これより、合成遠心力Ｆｔは、自転遠心力Ｆｒの作用を受け、公転遠心力Ｆｏのベクトルの方向よりもやや左側に偏向することがわかる。
図１では、公転角度１８０度位置の定点Ｒ２にかかる公転遠心力Ｆｏ、自転遠心力Ｆｒ、および合成遠心力Ｆｔのベクトル線を例示している。
これより、合成遠心力Ｆｔは、自転遠心力Ｆｒの作用を受け、公転遠心力Ｆｏのベクトルの方向よりもやや左側に偏向することがわかる。
【0030】
例えば、定点Ｒが公転軸３から最も遠ざかる点では、公転と自転の遠心加速度の両方が半径方向外側へと作用するため、定点Ｒ上の塗布剤を公転軌道の外周側へ移動させる最大力が働く。
【0031】
逆に、定点Ｒが公転軸３に最も近づく点では、公転遠心力Ｆｏが公転軌道の外側へと作用するのに対して、自転遠心力Ｆｒは逆方向の公転軸３側へと作用する。
このとき、定点Ｒ上の塗布剤には、公転遠心力Ｆｏが自転遠心力Ｆｒよりも大きければ公転軌道の外側へ、自転遠心力Ｆｒが公転遠心力Ｆｏよりも大きければ公転軸３側へ移動させる力が働く。
このとき、定点Ｒ上の塗布剤には、公転遠心力Ｆｏが自転遠心力Ｆｒよりも大きければ公転軌道の外側へ、自転遠心力Ｆｒが公転遠心力Ｆｏよりも大きければ公転軸３側へ移動させる力が働く。
【0032】
このように構成された遊星式スピンコーター４では、回転の進行に伴って基板上の各点で異なる合成遠心力Ｆｔが不規則に作用する。
そのため、基板１上に供給された塗布剤には、この合成遠心力Ｆｔのベクトル変化に応じて、３６０度方向の全域に広く拡散する推進力が付与される。
基板上の塗布剤に作用する遠心力は、（質量×遠心加速度）であるため、塗布膜の厚い部分ほどより大きな遠心力が作用し、塗布膜の薄い部分への拡散移動が促進される。
そのため、基板１上に供給された塗布剤には、この合成遠心力Ｆｔのベクトル変化に応じて、３６０度方向の全域に広く拡散する推進力が付与される。
基板上の塗布剤に作用する遠心力は、（質量×遠心加速度）であるため、塗布膜の厚い部分ほどより大きな遠心力が作用し、塗布膜の薄い部分への拡散移動が促進される。
【0033】
ここで、図２に、従来の自転のみのスピンコーターにおける基板上の遠心力ベクトルと、基板上の塗布膜厚み分布の典型例を示す。
【0034】
図２中の（ａ）に示すとおり、従来のスピンコーターでは、回転中心の遠心力は原理的にゼロとなり、自転軸２から外周に向かうにつれて自転遠心力Ｆｒが増加する。
このような不均等な加速度分布の条件下では、中心軸２付近の塗布剤５は移動しにくく、中心軸２から離れるほど塗布剤５が移動しやすい状況となる。
したがって、図２中の（ｂ）に示すとおり、従来のスピンコーターでは、基板上の塗布膜厚みが自転軸２付近で最も厚く、外周部に向かうほど薄くなる現象が避けられず、スピンコートにおける均一な塗布膜の形成が原理的に難しい。
このような不均等な加速度分布の条件下では、中心軸２付近の塗布剤５は移動しにくく、中心軸２から離れるほど塗布剤５が移動しやすい状況となる。
したがって、図２中の（ｂ）に示すとおり、従来のスピンコーターでは、基板上の塗布膜厚みが自転軸２付近で最も厚く、外周部に向かうほど薄くなる現象が避けられず、スピンコートにおける均一な塗布膜の形成が原理的に難しい。
【0035】
本発明の遊星式スピンコーター４においては、自転と公転の合成遠心力Ｆｔをスピンコート直後から同時に作用させることで、偏心スライドなどの複雑な補助駆動機構を用いずとも、作用方向と大きさが時々刻々と変化する合成遠心力Ｆｔを基板全面に付与するができる。
塗布剤５の粘性や流体特性等に応じた自転および公転の回転半径や角速度を設定すれば、１回の遊星式スピンコート処理だけで基板表面全域に塗布剤５を効果的に塗布することができる。
塗布剤５の粘性や流体特性等に応じた自転および公転の回転半径や角速度を設定すれば、１回の遊星式スピンコート処理だけで基板表面全域に塗布剤５を効果的に塗布することができる。
【0036】
また、遊星式スピンコートの処理過程において、自転遠心力Ｆｒが公転遠心力Ｆｏよりも大きくなる条件が部分的に生じると、基板上の塗布剤が公転軸３側へ飛散する問題が生じる。
通常のスピンコーターでは、基板の外周側にカップを設置して余剰の塗布剤を受け止める方法が一般的であるが、自転と公転を同時に行う遊星式スピンコーターでは、公転軸側へ飛散する余剰の塗布剤を受け止める方案が難しく、公転軸等が塗布剤で汚染されるリスクが懸念される。
通常のスピンコーターでは、基板の外周側にカップを設置して余剰の塗布剤を受け止める方法が一般的であるが、自転と公転を同時に行う遊星式スピンコーターでは、公転軸側へ飛散する余剰の塗布剤を受け止める方案が難しく、公転軸等が塗布剤で汚染されるリスクが懸念される。
【0037】
遊星スピンコーターの駆動部に塗布剤５やその固形成分であるセラミックス粒子などが固着化すると、駆動機構の故障や回転異常を引き起こす原因となるため、使用都度の装置清掃作業が必要となる。
このような駆動機構の汚染を防止するためには、スピンコート処理時の公転軸方向への塗布剤５の飛散を極力抑えることが望ましい。
このような駆動機構の汚染を防止するためには、スピンコート処理時の公転軸方向への塗布剤５の飛散を極力抑えることが望ましい。
【0038】
この装置汚染に関わる問題の解決策として、本発明においては、自転遠心力が最小公転遠心力以下となるように装置運転条件を調整する手段を提案している。
すなわち、基板１の自転軸２から最外周部までの距離を自転半径Ａとし、前記自転軸２と公転軸３との距離を公転半径Ｂとし、自転の角速度をＶとし、公転の角速度をＷとしたときに、Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、装置寸法と自転および公転の回転数を設定するようにしている。
すなわち、基板１の自転軸２から最外周部までの距離を自転半径Ａとし、前記自転軸２と公転軸３との距離を公転半径Ｂとし、自転の角速度をＶとし、公転の角速度をＷとしたときに、Ａ×Ｖ２で算出される単位質量当たりの自転遠心力Ｆｒが、（Ｂ－Ａ）×Ｗ２で算出される単位質量当たりの最小公転遠心力Ｆｍ以下となるように、装置寸法と自転および公転の回転数を設定するようにしている。
【0039】
このように送致運転条件を調整すれば、基板から公転軸側への塗布剤の飛散を回避できるため、公転テーブルの外周側にカップを設置するなどの一般的な方法によって、余剰の塗布剤を容易に回収することができる。
【0040】
また、基板から公転軸側への塗布剤の飛散をなくなれば、公転軌道上に複数の基板を設置しても、塗布剤飛散による基板の相互汚染が発生しないため、効率的に複数の基板のスピンコート処理を行うことができる。
【実施例0041】
図３に示すとおり、本実施例２の遊星式スピンコーター４は、基本構造となる架台６の中心部に、公転軸３を中心とする公転テーブル７と、該公転テーブル上に自転軸２を設けた自転テーブル８と、公転テーブル７を回転させるためのモーター（図３には例示せず）と、モーター制御装置９とを備えたものである。
【0042】
本発明の遊星式スピンコーターにおける公転テーブル７および自転テーブル８の駆動方式としては、図４に示すような、ギア式の回転機構を利用することができる。
図４に示す本装置例では、駆動モーター１０のモーター軸１１に設置したプーリー１２と、公転軸３に設置したプーリー１３とをタイミングベルト１４で接続することにより、公転軸３および公転テーブル７を回転させる。
同時に、この回転力は、公転軸ギア１５、減速ギア１６ａおよび１６ｂ、および自転軸ギア１７を経由して自転軸２に伝達され、公転テーブル７の上に設置した自転テーブル８を同時に回転させることができる。
図４に示す本装置例では、駆動モーター１０のモーター軸１１に設置したプーリー１２と、公転軸３に設置したプーリー１３とをタイミングベルト１４で接続することにより、公転軸３および公転テーブル７を回転させる。
同時に、この回転力は、公転軸ギア１５、減速ギア１６ａおよび１６ｂ、および自転軸ギア１７を経由して自転軸２に伝達され、公転テーブル７の上に設置した自転テーブル８を同時に回転させることができる。
【0043】
自転テーブル８上には、基板１を固定するための吸盤式のチャック１８が設置されており、スピンコート処理の終わった基板１は容易に着脱可能な構造となっている。
【0044】
駆動方式をこのように構成することによって、１つの駆動モーター１０で公転テーブル７と自転テーブル８を同時に連動回転させることができる。
さらに、各ギアの歯数を変えることで回転速度も容易に変更することができる。
さらに、各ギアの歯数を変えることで回転速度も容易に変更することができる。
【0045】
このとき、自転テーブル８の回転方向は、公転テーブル７の回転方向に対して正回転もしくは逆回転のどちらであってもかまわない。
ただし、正回転と逆回転で自転遠心力Ｆｒの作用方向は変わらないが、基板上の塗布剤５は回転の慣性力を受けるため移動方向に多少の差異が生じる。
しかしながら、この影響は公転と自転の半径比や速度比の影響に比べて小さいので、装置構成上の制約に応じて正回転あるいは逆回転のいずれを選定しても本発明の効果が損なわれることはない。
ただし、正回転と逆回転で自転遠心力Ｆｒの作用方向は変わらないが、基板上の塗布剤５は回転の慣性力を受けるため移動方向に多少の差異が生じる。
しかしながら、この影響は公転と自転の半径比や速度比の影響に比べて小さいので、装置構成上の制約に応じて正回転あるいは逆回転のいずれを選定しても本発明の効果が損なわれることはない。
【0046】
本発明に用いる駆動モーター１０については、基板１の形状や大きさに応じて、ＤＣモーター、ブラシレスＤＣモーター、交流モーターなどの汎用的なモーターを使用することができる。
【0047】
モーター制御装置９については、駆動モーター１０の電源オンオフの機能があれば充分であるが、インバーター制御などで回転数を可変できるようにすれば、スピンコーター起動時の回転数の上昇ステップをより緩やかに調整することができ、初期の過渡的な加速度に起因する塗布剤５の基板外への飛散量を低減できる。
【0048】
【実施例0049】
図５に示す遊星式スピンコーターは、公転軌道上に複数の自転テーブル８を配置し、複数の基板をそれぞれの自転テーブル８に設置して各自転軸２で回転させるものである。
このように構成することで、複数基板の塗布作業が１回のスピンコート処理で行うことが可能となり、生産性を大幅に改善することができる。
このように構成することで、複数基板の塗布作業が１回のスピンコート処理で行うことが可能となり、生産性を大幅に改善することができる。
【0050】
また、このような複数基板を同時に処理するスピンコーターにおいては、公転軌道上に重量が偏らないように均等に基板１を配置することによって、重量偏りに起因する装置振動を効果的に低減することができる。
