KR100459187B1 - 스핀 코터 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀코팅에 의해 도포시킨 수지의 두께를 정확하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 균일한 두께의 보호막을 형성하기 위한 것으로서, 속이 빈 원통 모양의 외벽과, 상기 외벽 중앙에 소정 거리를 두고 형성되는 기둥으로 형성되는 노즐과, 상기 노즐의 외벽과 중앙 기둥 사이에 도우넛 모양으로 채워져 있는 자외선 경화수지를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

스핀 코터 노즐{spin coater nozzle}

본 발명은 정보 저장용 광 디스크 혹은 반도체 리소그라피(lithography)용 액체 박막도포용 노즐에 관한 것으로, 특히 역전구조를 갖는 디스크 보호막(thin cover layer)의 제조용 스핀 코터 노즐에 관한 것이다.

동화상 및 정지화상을 포함한 비디오 신호와 오디오 신호 및 컴퓨터 데이터 정보를 종합적으로 다루는 멀티미디어 시대의 도래와 함께, 패키지 미디어(예, CD, DVD를 비롯한 각종 디스크)가 폭 넓게 보급되고 있으며, 이 같은 추세는 더욱 두드러질 전망이다.

패키지 미디어, 가령 컴팩트 디스크(CD)와 디지털 비디오(혹은 versatile) 디스크(DVD)는 크게 기판과 정보를 기록하고 있는 기록막 및 보호막으로 구성되어 있다.

이들 광 디스크들 가운데, 재생전용(Read-Only Memory : ROM) 디스크는 서보나 위치정보 혹은 피트 형태의 미세한 홈이 원주방향으로 형성되어 있고 반사층이 존재한다.

한편, 정보를 오직 한번 기록할 수 있는 추기형(Recordable : -R)인 경우와 반복해서 정보를 쓰고, 읽고, 지울 수 있는 반복기록형(Rewritable : -RAM, -RW) 디스크의 경우는 프리-피트(pre-pits)와 반사층 외에도 레코드러블다이(Recordable Dye)나 상변화 혹은 광자기 방식의 기록층과 보호층으로 구성된다.

이들 디스크에 정보를 기록하거나 읽어내기 위해서 레이저 광원이 조사될 때, 위에서 언급한 기존의 디스크에서는 레이저 광이 투명한 기판을 먼저 통과하여 보호층이나 정보가 기록된 정보기록층, 그리고 반사층 순서로 입사되고, 반사층에서 반사되는 광 센서(디텍터 : 일반적으로 포토다이오드) 쪽으로 되돌아가는 디스크 구조를 갖는다.

이와 같은 구조를 갖는 CD 혹은 DVD와 같은 디스크는 초점과 기판표면 사이의 거리가 상대적으로 많이 떨어져 있어, 기판 표면에 먼지나 지문 혹은 오염물질 등에 의한 신호의 산란 혹은 신호의 질의 악화를 막을 수 있는 강점이 있다.

그러나, 기록밀도를 향상시키기 위해서 파장이 407nm 정도인 청색광원과 같은 단파장 광원의 사용과 함께, 개구수(Numerical Aperture : NA)가 0.85정도로 큰 대물렌즈를 사용할 경우, 레이저 광이 지나가는 기판의 두께가 커짐에 따라 아래의 수학식 1에서 보여주는 코마수차(coma aberration)가 함께 커져 입사빔이 디스크면에 대해 기울어져 있을 때, 초점이 흐트러지는 문제점이 있다.

상기 수학식 1에서, t는 정보 기록면에 도달하기 위해 레이저 광이 통과해야 하는 거리, 즉, 기판의 두께이고, NA는 대물렌즈의 개구수, alpha 는 기울어진 각도(tilt angle), n은 기판의 굴절율이다.

따라서, 상기한 코마수차를 줄이기 위해서는 기판의 두께(t), 즉 입사빔이 디스크 면에 입사한 후 정보가 기록된 위치까지 전파하는 거리를 얇게 하여야 한다.

이와 같은 이유로, 기존 CD에서 1.2mm였던 기판의 두께를 DVD에서는 0.6mm로 얇게 하려는 기도가 있었으며, 또한 지름 12cm 크기의 단면에 약 20GB이상인 차세대 광 디스크에서는 0.1mm 보호층(cover layer)을 사용하는 역전 디스크 구조가 제안되기도 하였다.

이런 역전구조의 디스크는 기존의 디스크(예, CD 혹은 DVD)와는 달리, 0.1mm 커버 레이어 디스크 구조에서는 랜드-그루브 혹은 프리-피트 정보를 포함하고 있는 기판 위에 반사층이 위치하고, 다음으로 보호층 혹은 기록층이 위치하여, 역으로 적층된 구조를 갖는다.

이런 역전구조의 디스크에서 빔의 입사방향은 기판표면에서 가까운 곳에 위치한 정보 기록층 방향으로 입사되며, 통상 0.1mm를 갖는 박형(즉, 0.1mm 두께의 보호층이라고 호칭됨)인 것이 일반적이다.

역전구조를 갖는 디스크의 한 예를 도 1에 도식적으로 나타내었다.

도 1을 보면, 기판(10), 기록층(20), 보호층(30)으로 구성된 역전구조 디스크에서 맨 윗층(upper most layer)에 형성된 보호층(30)은 디스크를 오염이나 손상으로부터 보호하기 위하여 스핀코팅에 의해 만든 층으로, 0.1mm 두께로 형성된다.

이런 상기 보호층(30)은 자외선 경화수지로 스핀 코팅하여 입힌 후 자외선을조사하여 경화시킨다.

상기 자외선 경화수지를 도포하는 일반적인 방법은 도 2(a)(b)와 같이 중앙이 비여있는 소형 대롱(pipe)구조를 갖는 스핀 코터 노즐(40)을 이용하여 액상의 자외선 경화수지(50)를 회전하는 디스크의 내주부에 흘리기 시작하여 디스크의 원주방향을 따라 시작점에서 종료점까지 도포(dose)한다.

이 방법은 기존에 제안된 0.1mm 두께의 보호층(30) 필름을 압력에 의해 붙이는 것에 비해, 생산성 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 이 방법은 한 위치에 고정된 스핀 코터 노즐(40)에서 자외선 수지(50)를 도포하면서 기판(20)을 저속으로 회전시키게 되므로, 도포된 수지(50)가 도우넛 형태로 형성되는데, 이때 도 3과 같이 도포된 위치가 서로 겹치는 부분(60)이 생기게 되므로 위치에 따라서 도포된 수지의 양이 균일하지 않게 되어 스핀코팅에 의해 도포시킨 수지의 두께를 정확하게 조절하는데 어려움이 있다.

이에 따라 도포되는 자외선 경화수지(60)가 불균일한 두께를 갖게 되고, 또한 얇은 보호막을 성막하고자 할 때 두께 조절이 어려운 문제점을 발생한다.이에 따라, 포커스 바이어스 조정시에 지터 신호에 왜곡을 발생하여 포커스 바이어스 값이 잘못 조종되어 재생력을 저하시키게 된다. 아울러 데이터가 저장된 디스크의 위치로 픽업이 이동할 때, 포커스 에러에 DC오프셋으로 인해 시크(seek)시에 잦은 포커스 드랍을 유발하여 데이터의 읽기 지연을 초래하게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 스핀코팅에 의해 도포시킨 수지의 두께를 정확하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 균일한 두께의 보호막을 형성하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 역전구조를 갖는 디스크를 나타낸 도면

도 2(a)(b)는 종래 기술에 따른 스핀 코터 노즐을 나타낸 단면도 및 평면도

도 3 은 종래 기술에 따른 스핀 코터 노즐을 이용하여 디스크에 경화수지를 도포한 실시예

도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명에 따른 스핀 코터 노즐을 나타낸 단면도 및 평면도

도 5 는 본 발명에 따른 스핀 코터 노즐을 이용하여 디스크에 경화수지를 도포한 실시예

도 6 은 본 발명에 따른 스핀 코터 노즐을 이용하여 역적구조 디스크를 제조하는 방법을 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 기판 20 : 기록층

30 : 보호막 40, 130 : 스핀 코터 노즐

50 : 자외선 경화수지 60 : 이음매 영역

70 : 외벽 80, 80' : 기둥

90 : 스피너 100 : 지지부

110 : 기판 120 : 진공 흡입구

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스핀 코터 노즐의 특징은속이 빈 원통 모양의 외벽과, 상기 외벽 중앙에 소정 거리를 두고 형성되는 기둥으로 형성되는 스핀 코터 노즐과, 상기 스핀 코터 노즐의 외벽과 중앙 기둥 사이에 도우넛 모양으로 채워져 있는 자외선 경화수지를 포함하여 구성되는데 있다.

이때, 상기 외벽 및 중앙 기둥은 다각형으로 구성되며, 바람직하게는 원형으로 구성된다.

그리고 상기 중앙 기둥은 속이 비여있는 기둥이나 또는 속이 꽉 찬 기둥 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 스핀 코터 노즐의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명에 따른 스핀 코터 노즐을 나타낸 단면도 및 평면도이다.

도 4(a) 내지 도 4(c)와 같이, 속이 빈 원통 모양의 외벽(70)과, 상기 외벽(70) 중앙에 소정 거리를 두고 형성되는 기둥(80)(80')으로 형성되는 스핀 코터 노즐과, 상기 스핀 코터 노즐의 외벽(70)과 중앙 기둥(80)(80') 사이에 도우넛 모양으로 채워져 있는 자외선 경화수지(50)로 구성된다.

이때, 상기 외벽(70)은 바람직하게 원형으로 구성되지만, 스핀 코터 노즐을 제작하는 특성에 따라 다각형으로도 구성될 수도 있으며, 상기 중앙 기둥(80)(80')은 도 4(b)와 같이 속이 빈 원통모양(80)으로 구성되거나, 또는 도 4(c)와 같이 속이 꽉 찬 원통모양(80')으로 구성 될 수 있다.

따라서 코팅하고자 하는 자외선 경화수지(50)를 디스크의 내주부에 원형태로 동시에 도포할 수 있다.

이에 따라, 도 5와 같이 폴리카본네이트 기판(20) 위에 자외선 경화수지(50)를 도포할 때에 도우넛 형태의 스핀 코터 노즐을 사용하므로 도포된 자외선 경화수지(50)가 겹치는 영역 없이 균일한 양을 디스크 내주부에 도포할 수 있게 된다.

따라서, 도포되는 양을 정확하게 조절하는 것이 가능해지고, 디스크 전면적에 걸쳐 얇으면서도 균일한 두께와 수지를 분포시킬 수 있다.

이와 같이 얇은 도포가 가능한 이유는 액상수지의 표면장력과 중력 및 인가압력에 의해 스핀 코터 노즐 밖으로 삐져나온 공정 마진(margin)으로 확보할 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 상기 스핀 코터 노즐을 이용하여 역전구조 디스크를 제조하는 방법을 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 6 은 본 발명에 따른 스핀 코터 노즐을 이용하여 역적구조 디스크를 제조하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 6과 같이, 내경 15mm, 외경 120mm, 두께 1.1mm를 갖는 도우넛 형태의 폴리카본네이트 기판(110)을 지지부(100)위에 안착하고, 진공 흡입구(120)를 통해 단단히 고정시킨다.

그리고 도우넛 형태의 스핀 코터 노즐(130)을 통해서 자외선 경화수지(50)를 상기 폴리카본네이트 기판(110)위에 도우넛 형태로 균일한 양을 도포한다.

이때, 스피너(spinner)(90)를 10-100rpm의 저속으로 회전시키면서 경화수지(50)가 내주 쪽으로는 표면 장력에 의해 퍼져나가고, 외주 쪽으로는 원심력에 의해 퍼져나가게 한다.

그리고 도포된 자외선 경화수지가 5-10mm로 밴드 폭을 가지면, 스피너(90)를 1000-5000rpm의 고속으로 5에서 20초간 회전시켜 원심력에 의해서 자외선 경화수지가 외주방향으로 퍼져나가 전면적에 걸쳐서 균일한 두께로 코팅되게 한다.

이와 같이 균일한 두께로 자외선 경화수지가 코팅되면, 여기에 자외선을 조사시켜 자외선 경화수지를 경화시켜 보호막을 형성한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 스핀 코터 노즐은 도우넛 형태로 구성되어 자외선 경화수지를 균일한 양으로 서로 겹치는 것 없이 기판 위에 도포할 수 있다.

이를 통해서 디스크 전 영역에 걸쳐서 균일한 두께 분포를 갖는 보호층을 얻을 수 있으며, 또한 도포되는 수지의 양을 정확하게 조절할 수 있음으로 인해 넓은 공정 마진을 얻을 수 있다.

그리고 생산성을 향상시킬 수 있으며, 추가적인 생산 설비의 투자가 필요없이, 기존의 장비의 미세한 개조만으로 실현이 가능하다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (3)

1. 속이 빈 원통 모양의 외벽과, 상기 외벽 중앙에 소정 거리를 두고 형성되는 기둥을 포함하여 형성되는 스핀 코터 노즐과,

   상기 스핀 코터 노즐의 외벽과 중앙 기둥 사이에 도우넛 모양으로 채워져 기판상에 스핀코팅을 통해 도포되는 자외선 경화수지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀 코터 노즐.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외벽 및 중앙 기둥은 원형 또는 다각형 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀 코터 노즐.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙 기둥은 속이 비여있는 기둥이나 또는 속이 꽉 찬 기둥 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀 코터 노즐.