JP2006026591A

JP2006026591A - スリットコート式塗布装置及びスリットコート式塗布方法

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Publication number: JP2006026591A
Application number: JP2004212083A
Authority: JP
Inventors: Shinya Momose; 信也百瀬; Takayuki Suzuki; 崇之鈴木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: JP4586445B2

Abstract

【課題】乾燥ムラやひけ等の発生を防止して基板上に均一な膜厚の塗布膜を形成することができるスリットコート式塗布装置及びスリットコート式塗布方法を提供する。
【解決手段】基板１を保持する保持テーブル２０と保持テーブル２０に保持された基板１の表面に相対向するように配置されると共に基板１の表面に向かって所定の塗布溶液２を流出するスリット状のノズル開口３１を有する塗布ヘッド３０とを具備し、保持テーブル２０と塗布ヘッド３０とが水平方向で相対的に移動することで基板１の表面に塗布溶液２が塗布されると共に、塗布溶液２が塗布された基板１の表面に向かって乾燥気体を噴射する噴射手段５０をさらに具備するようにし、噴射手段５０から噴射された乾燥気体によって基板１表面の塗布溶液２を乾燥させ、且つ塗布溶液２を乾燥させた気体を強制排気する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズルの先端から所定の溶液を流出して基板の表面に溶液を均一に塗布するスリットコート式塗布装置及びスリットコート式塗布方法に関する。

半導体ウェハやガラス基板等の基板にレジスト材料や絶縁材料などの所定の溶液（溶剤）を塗布する塗布装置としては、例えば、毛細管現象によりノズルの先端から溶液を流出させて、基板の表面に溶液を塗布するスリットコート式塗布装置がある（例えば、特許文献１参照）。

このようなスリットコート式塗布装置によって基板の表面に全面に亘って溶液を塗布した後は、一般的に、例えば、ホットプレート上にこの基板を配置して塗布した溶液を乾燥させること等によって基板表面に塗布膜を形成している。

そして、このようなスリットコート式塗布装置においては、基板に溶液を均一塗布するためには、ゆっくり塗布をおこなう必要があるため、基板に塗布された溶液がその間に徐々に乾燥し、乾燥ムラやひけ等が発生してしまうという問題がある。特に、使用する溶液の粘度が比較的低い材料を用いて薄い膜厚の塗布膜を形成する場合、このような問題が顕著に表れる。そこで、基板表面に乾燥気体を吹き付けて、基板表面を強制的に乾燥させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この方法のみでは、基板の表面を乾燥させた気体は湿った状態で閉じられた空間に残留することになり、乾燥気体に湿った気体が混ざり所望の湿度以下の乾燥気体を基板表面に供給することが難しい。特に、凹凸や穴のある基板においては、凹凸や穴周辺部での乾燥ムラやひけが顕著に発生するため、基板の表面に乾燥気体を安定して供給できるようにしなければならない。

特開平６−３４３９０８号公報（第１〜２図、第２〜４頁）特開２００２−１１０５３５号公報（第１図、第１〜１１頁）

本発明はこのような事情に鑑み、乾燥ムラやひけ等の発生を防止して基板上に均一な膜厚の塗布膜を形成することができるスリットコート式塗布装置及びスリットコート式塗布方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板を保持する保持テーブルと該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向するように配置されると共に当該基板の表面に向かって所定の塗布溶液を流出するスリット状のノズル開口を有する塗布ヘッドとを具備し、前記保持テーブルと前記塗布ヘッドとが水平方向で相対的に移動することで前記基板の表面に前記塗布溶液が塗布されると共に、前記塗布溶液が塗布された前記基板の表面に向かって乾燥気体を噴射する噴射手段を具備し、該噴射手段から噴射された乾燥気体によって前記基板表面の塗布溶液を乾燥させ、且つ前記塗布溶液を乾燥させた気体は強制排気されることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第１の態様では、基板表面の塗布溶液を乾燥させた気体は、再度基板表面に吹き付けられることがないため、基板表面の塗布溶液を良好に乾燥させることができ、基板表面に膜厚の均一な塗布膜を形成することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記噴射手段がスリット状のノズル開口を有し、当該噴射手段と前記保持テーブルとが水平方向で相対移動することで前記基板表面に塗布された前記塗布溶液を乾燥させることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第２の態様では、比較的容易且つ良好に塗布溶液を乾燥させることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記保持テーブルが、当該保持テーブルの面方向に延びる支持軸を中心として回転可能に保持されていると共に、前記噴射手段が、前記保持テーブルの前記塗布ヘッドとは反対面側に配置されていることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第３の態様では、基板表面の塗布溶液を乾燥させる際、噴射手段によって噴射される乾燥気体による塗布ヘッド内の塗布溶液の乾燥が防止される。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記乾燥気体の圧力が０．１ＭＰａ以上であることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第４の態様では、基板表面の塗布溶液を比較的短時間で良好に乾燥させることができ、基板表面に膜厚の均一な塗布膜を形成することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記乾燥気体の相対湿度が２０％以下であることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第５の態様では、塗布溶液を比較的短時間で確実に乾燥させることができる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記噴射手段が、所定温度に加熱された乾燥気体を前記基板表面に向かって噴射することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第６の態様では、塗布溶液の乾燥時間を大幅に短縮することができ、且つ塗布膜の均一性も向上する。

本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記塗布溶液が塗布された前記基板の表面近傍にイオンを供給するイオン供給手段が前記噴射手段に近接して設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第７の態様では、噴射手段から乾燥気体を噴射させる際に、静電気の発生を防止できるため、基板の塗布溶液をさらに良好に乾燥させることができる。

本発明の第８の態様は、基板を保持する保持テーブルと該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向するように配置されると共に当該基板の表面に向かって所定の塗布溶液を流出するスリット状のノズル開口を有する塗布ヘッドとを、水平方向で相対的に移動することで前記基板の表面に前記塗布溶液を塗布する塗布工程と、該塗布工程後に連続して実施され前記塗布溶液が塗布された基板の表面に向かって乾燥気体を吹き付けることにより当該基板表面の塗布溶液を乾燥させる乾燥工程と、前記塗布溶液を乾燥させた後の気体を強制排気する排気工程と、を有することを特徴とするスリットコート式塗布方法にある。
かかる第８の態様では、基板表面の塗布溶液を乾燥させた気体は、再度基板表面に吹き付けられることがないため、基板表面の塗布溶液を良好に乾燥させることができ、基板表面に膜厚の均一な塗布膜を形成することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るスリットコート式塗布装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、スリットコート式塗布装置の要部断面図である。図１に示すように、スリットコート式塗布装置１０は、シリコンウェハ、半導体基板等の基板１が保持される保持テーブル２０と、保持テーブル２０の基板１側に設けられる塗布ヘッド３０と、基板１に塗布する塗布溶液２を塗布ヘッド３０に供給する貯留手段４０と、乾燥気体を噴射する噴射手段５０と、強制的に気体を排気する排気手段（排気装置とも言う）６０とを具備する。なお、図示しないが、これら保持テーブル２０、塗布ヘッド３０、貯留手段４０及び噴射手段５０等は、所定の封止空間内に配置されており、排気手段６０は、詳しくは後述するが、この封止空間内に流れる気体を外部に強制的に排気する。

保持テーブル２０は、本実施形態では、鉛直方向下側の面に基板１を保持する。すなわち、基板１は、その表面が鉛直方向下向きとなるように保持テーブル２０に保持される。この保持テーブル２０による基板１の保持方法は、特に限定されず、例えば、真空ポンプ等の吸引による方法が挙げられる。なお、保持テーブル２０は、例えば、図示しない駆動モータ等のテーブル駆動手段によって基板１の面方向に沿って直線移動自在に設けられている。

また、保持テーブル２０は、例えば、その移動方向中央部に設けられる支持軸２５に回転可能に保持されている。すなわち、保持テーブル２０は、この支持軸２５を中心として少なくとも１８０°回転させて、保持テーブル２０を反転させることができるようになっている。

塗布ヘッド３０は、鉛直方向上側に向かって開口し貯留手段４０から供給された塗布溶液２を流出するスリット状のノズル開口３１と、このノズル開口３１に連通する溶液溜まり部３２とを有する。また、塗布ヘッド３０は、図示しない装置本体に鉛直方向に移動自在に保持されており、塗布ヘッド３０の先端と基板１の表面との間隔が、例えば、塗布溶液２の動粘度、塗布溶液２の基板１に対する濡れ性、基板１に塗布する塗布溶液２の厚さ等を考慮して適宜調整されるようになっている。

貯留手段４０は、塗布溶液２を保持する貯留タンク４１と、一端が塗布ヘッド３０に接続され、他端が貯留タンク４１に接続される供給管４２とで構成され、貯留タンク４１の内部に貯留されている塗布溶液２を、供給管４２を介して塗布ヘッド３０に供給する。

この貯留手段４０の貯留タンク４１から供給管４２を介して塗布ヘッド３０に塗布溶液２が供給され、塗布ヘッド３０の液体溜まり部３２内に塗布溶液２が充填されると、液体溜まり部３２内の塗布溶液２が毛細管現象によってノズル開口３１の先端まで上昇する。これにより、スリット状のノズル開口３１には、塗布溶液２が全体に均一に充填されるようになっている。そして、この状態から塗布ヘッド３０を上昇させてノズル開口３１から突出した塗布溶液２を基板１の表面に接触させ、この状態で、保持テーブル２０と塗布ヘッド３０とを基板１の面方向において相対的に移動させる。例えば、本実施形態では、塗布ヘッド３０を固定して保持テーブル２０を基板１の面方向に直線移動させることで、これら塗布ヘッド３０と保持テーブル２０とを相対的に移動させている。これにより、ノズル開口３１から塗布溶液２が連続的に流出し、基板１の表面には塗布溶液２が均一な厚さで塗布される。

また、保持テーブル２０の塗布ヘッド３０とは反対面側には、保持テーブル２０の表面に向かって乾燥気体を噴射する噴射手段５０が設けられている。噴射手段５０は、本実施形態では、鉛直方向下側に向かって開口し、基板１の幅よりも若干広い幅のスリット状のノズル開口５１を有する噴射ヘッド５２と、この噴射ヘッド５２に乾燥気体を供給する乾燥気体供給装置５３とからなる。そして、詳しくは後述するが、噴射ヘッド５２のノズル開口５１から噴射させた乾燥気体を基板１の表面に吹き付けることで、基板１上に塗布された塗布溶液２を乾燥させて塗布膜を形成している。

なお、噴射ヘッド５２の位置は、特に限定されないが、ノズル開口５１から噴射された乾燥気体が塗布ヘッド３０のノズル開口３１近傍に流れ込まないような位置とすることが望ましい。塗布ヘッド５２から噴射された乾燥気体によって塗布ヘッド３０内の塗布溶液２が乾燥してしまう虞があるからである。

また、噴射手段５０のノズル開口５１から噴射される乾燥気体としては、反応性がなくクリーンな乾燥気体であればよいが、相対湿度が２０％以下であることが好ましい。なお、乾燥気体としては、具体的には、窒素、ドライな清浄エアー等を用いることが好適に考えられるが、ドライな清浄エアーは清浄処理が必要であることから、本実施形態では、窒素を用いている。

また、排気手段６０は、基板１よりも下側、本実施形態では、保持テーブル２０の塗布ヘッド３０側に設けられている。この排気手段６０は、例えば、ファン等によって基板１の周囲の気体を吸引することで、基板１上の塗布溶液２に吹き付けられた気体を外部に強制的に排出する。これにより、噴射手段５０によって噴射される乾燥気体は、基板１の端面で、整流状態で下部に流れていくため、常に乾燥した気体のみが基板１の表面に吹き付けられるようになっている。

以下、このようなスリットコート式塗布装置１０を用いたスリットコート式塗布方法について詳しく説明する。なお、図３及び図４は、スリットコート式塗布装置の動作を示す概略図である。まず、図３（ａ）に示すように、保持テーブル２０の下面に基板１を固定し、塗布ヘッド３０を上昇させて基板１の表面と塗布ヘッド３０のノズル開口３１の先端面との間隔が所定の間隔となるように調整する。具体的には、ノズル開口３１から突出する塗布溶液２の先端部が、基板１の表面の位置よりも若干高い位置となるように塗布ヘッド３０を上昇させる。なお、本実施形態では、塗布ヘッド３０を移動させることで、塗布ヘッド３０と基板１との間隔を調整しているが、勿論、塗布ヘッド３０を固定して、保持テーブル２０を移動するようにしてもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、図示しないテーブル駆動手段によって保持テーブル２０を基板１の面方向、すなわち水平方向に直線移動させることで、塗布ヘッド３０のノズル開口から突出している塗布溶液２が基板１の表面に接触して塗布溶液２の塗布が開始される。ここで、上述したように、保持テーブル２０の移動に伴う基板１の下側の空気の流れが、遮蔽板７０によって遮断されている。すなわち、遮蔽板７０によって、ノズル開口３１の先端から突出している塗布溶液２の乾燥が抑えられているため、保持テーブル２０の移動により塗布溶液２が基板１に確実に接触して、基板１への塗布溶液２の塗布が開始される。

このように基板１への塗布溶液２の塗布が開始された後、図３（ｃ）に示すように、保持テーブル２０をさらに移動させることで、塗布溶液２がノズル開口３１から連続的に流出し、基板１の全面に塗布溶液２が塗布される。

そして、このように基板１の全面に塗布溶液２を塗布した後は、図４（ａ）に示すように、基板１を保持した状態で、支持軸２５を中心として保持テーブル２０を１８０°回転させる。すなわち、基板１の塗布溶液２が塗布された面が鉛直方向上向きとなるようにする。次に、図４（ｂ）に示すように、噴射ヘッド５２から乾燥気体である窒素を噴射させながら、保持テーブルを水平方向に直線往復移動させる。すなわち、噴射ヘッド５２のノズル開口５１から乾燥気体を噴射させながら保持テーブル２０を移動させることによって、基板１全面に乾燥気体を吹き付けて基板１表面の塗布溶液２を乾燥させる。このとき、噴射手段５０のノズル開口５１から噴射される乾燥気体は、整流となっていることが好ましい。乾燥気体の気流に乱れがあると、塗布溶液２に乾燥ムラ等が生じる虞があるからである。例えば、本実施形態では、基板１の下側に設けられた排気手段６０によって基板１の周囲の気体を吸引して強制排気するようにしているため、基板１に吹き付けられる乾燥気体は整流となっている。

また、基板１表面の塗布溶液２を乾燥させた気体は、溶剤を含んで湿気を帯びた気体となるが、その気体は、基板１上に残るのではなく、基板１下の排気手段６０によって強制排気させられる。そのため、湿った気体が再び基板１表面上に吹き付けられることが無いため、噴射手段５０のノズル開口５１から噴射される乾燥気体を効率よく基板１表面に吹き付けることができる。

なお、本実施形態では、噴射ヘッド５２のノズル開口５１から乾燥気体を所定量噴射させた状態で、約１分の間に、保持テーブル２０を約２０往復させることで、塗布溶液２を乾燥させている。

また、基板１表面へ塗布溶液２を塗布した後は、ノズル開口３１の塗布溶液２を吐出する部分が乾燥しないようにするために、塗布ヘッド３０を図示しない格納部に格納させている。

ここで、塗布溶液２の乾燥条件は、適宜決定されればよいが、ノズル開口５１から噴射される乾燥気体の風量は、塗布溶液２の表面近傍で１７（ｌ／ｓ）〜２２（ｌ／ｓ）程度となるようにすることが好ましい。これにより、塗布溶液２が波立つことがなく、塗布膜の膜厚のばらつきを防止することができる。また、乾燥気体は、できるだけ短時間に塗布溶液２の表面に吹き付けることが好ましい。具体的には、ノズル開口５１から噴射される乾燥気体の風圧を０．１ＭＰａ以上、特に、１ＭＰａ程度とするのが望ましい。このため、本実施形態では、コンプレッサ等を用いて風圧を上げ、ドレンにて水分除去するようにすることで、より乾燥効率を上げている。圧縮された乾燥気体は、ノズル開口５１から噴射される際、何倍もの容積になり、基板１の表面に接するため、より短時間での乾燥が可能となる。

以上説明したように、基板１の表面に塗布溶液２を塗布する塗布工程の後に、噴射手段５０によって基板１の表面に乾燥気体を吹き付つけて塗布溶液２を乾燥させる乾燥工程を実施し、更に基板１表面の塗布溶液を乾燥させた後の気体を強制排気する排気工程を行うことで、基板１表面、特に、基板１に設けられた凹凸や穴周辺部での乾燥ムラや、ひけ等が発生することがなく、均一な膜厚の塗布膜を基板１の表面に良好に形成することができる。特に、本発明の塗布装置では、塗布工程と、乾燥工程とを連続して行うことができるため、基板１の表面に塗布溶液２が塗布されてから乾燥されるまでのタイムラグを極めて短くできる上、更に、排気工程を行うため、乾燥ムラやひけ等の発生を確実に防止でき、基板１の表面に均一な膜厚の塗布膜を形成することができる。また、乾燥気体を吹き付けることで基板１上の塗布溶液２を比較的短時間で確実に乾燥させることできるため、例えば、複数層の塗布膜を連続して形成することもできる。

なお、本実施形態では、噴射ヘッド５２のノズル開口５１から常温の乾燥気体を噴射するようにしたが、これに限定されず、ノズル開口５１から所定温度に加熱された乾燥気体を噴射させるようにしてもよい。これにより、乾燥時間を短縮することできると共に、基板１の表面に形成される塗布膜の膜厚をさらに均一にすることができる。

乾燥気体温度２０℃に比べ、同一風速に対して乾燥気体の温度を上げた場合は結果的に短時間での乾燥が可能となる。つまり、８０℃で１．３倍、１４０℃で１．５倍の速度での乾燥ができる。特に、塗布材料の沸点が低ければより顕著にこの効果がでるが、均一性を向上させるためには、主溶剤の沸点よりも低いことが望ましい。

また、このように噴射ヘッド５２のノズル開口５１から乾燥気体を噴射させて塗布溶液２を乾燥させる際、乾燥気体と共にイオンを塗布溶液２の表面に供給するようにしてもよい。例えば、噴射ヘッド５２に近接してイオン発生装置、いわゆるイオナイザーを設け、噴射ヘッド５２から乾燥気体を噴射する際に、このイオン発生装置によってイオンを発生させるようにしてもよい。これにより、静電気の発生を抑えて、塗布溶液２をさらに良好に乾燥させることできる。

さらに、本実施形態では、塗布溶液２の溶剤として、２成分系の溶剤、例えば、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）と乳酸エチルとを含む溶剤を用いているが、これに限定されず、例えば、ＰＧＭＥＡのみからなる単成分の溶剤を用いるようにしてもよい。これにより、基板１に塗布された塗布溶液２の乾燥時間を短縮することができると共に、形成される塗布膜の均一性をさらに向上することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、保持テーブル２０の塗布ヘッドとは反対面側に噴射手段５０を設けるようにしたが、これに限定されず、勿論、保持テーブル２０の塗布ヘッド３０側に噴射手段を設けるようにしてもよい。但し、この場合には、塗布ヘッド３０のノズル開口３１部分を覆うなどして、ノズル開口３１部分に乾燥気体が流れ込まないようにしておくことが望ましい。乾燥気体によって、ノズル開口３１内の塗布溶液２が乾燥してしまう虞があるからである。

また、上述の実施形態では、塗布ヘッド３０及び噴射ヘッド５２を固定し、基板１が保持された保持テーブル２０を移動させることで、基板１の表面に塗布溶液２を塗布すると共に塗布された塗布溶液２を乾燥させるようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、保持テーブル２０を固定して、塗布ヘッド３０及び噴射ヘッド５２を移動させるようにしてもよいことは言うまでもない。

また、上述した実施形態では、塗布ヘッド３０に近接して遮蔽板７０を設けるようにしたが、勿論、この遮蔽板７０は設けなくてもよい。さらに、上述した実施形態では、表面が略平坦な面である基板を例示したが、これに限定されず、塗布溶液を塗布する基板は、例えば、レンズ等の表面が曲面である基板等であってもよい。

本発明の実施形態１に係る塗布装置の概略構成を示す斜視図である。本発明の実施形態１に係る塗布装置の要部断面図である。本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す概略図である。本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す概略図である。

符号の説明

１基板、２塗布溶液、１０スリットコート式塗布装置、２０保持テーブル、３０塗布ヘッド、３１ノズル開口、４０貯留手段、５０噴射手段、５２噴射ヘッド、６０排気手段、７０遮蔽板

Claims

基板を保持する保持テーブルと該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向するように配置されると共に当該基板の表面に向かって所定の塗布溶液を流出するスリット状のノズル開口を有する塗布ヘッドとを具備し、前記保持テーブルと前記塗布ヘッドとが水平方向で相対的に移動することで前記基板の表面に前記塗布溶液が塗布されると共に、前記塗布溶液が塗布された前記基板の表面に向かって乾燥気体を噴射する噴射手段をさらに具備し、該噴射手段から噴射された乾燥気体によって前記基板表面の塗布溶液を乾燥させ、且つ前記塗布溶液を乾燥させた気体は強制排気されることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
請求項１において、前記噴射手段がスリット状のノズル開口を有し、当該噴射手段と前記保持テーブルとが水平方向で相対移動することで前記基板表面に塗布された前記塗布溶液を乾燥させることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
請求項１又は２において、前記保持テーブルが、当該保持テーブルの面方向に延びる支持軸を中心として回転可能に保持されていると共に、前記噴射手段が、前記保持テーブルの前記塗布ヘッドとは反対面側に配置されていることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記乾燥気体の圧力が０．１ＭＰａ以上であることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記乾燥気体の相対湿度が２０％以下であることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
請求項１〜５の何れかにおいて、前記噴射手段が、所定温度に加熱された乾燥気体を前記基板表面に向かって噴射することを特徴とするスリットコート式塗布装置。
請求項１〜６の何れかにおいて、前記塗布溶液が塗布された前記基板の表面近傍にイオンを供給するイオン供給手段が前記噴射手段に近接して設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
基板を保持する保持テーブルと該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向するように配置されると共に当該基板の表面に向かって所定の塗布溶液を流出するスリット状のノズル開口を有する塗布ヘッドとを、水平方向で相対的に移動することで前記基板の表面に前記塗布溶液を塗布する塗布工程と、該塗布工程後に連続して実施され前記塗布溶液が塗布された基板の表面に向かって乾燥気体を吹き付けることにより当該基板表面の塗布溶液を乾燥させる乾燥工程と、前記基板表面を乾燥した後の湿った気体を強制排気する排気工程と、を有することを特徴とするスリットコート式塗布方法。