KR100749068B1 - Manufacturing technology and Facility for Wide Area Ultrasonic Coating with Electromagnetic Wave Excitation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼나 디스플레이 기판 상에 감광액이나 식각액, ITO 코팅액 등을 도포할 때 많이 사용되고 있는 스핀코팅 공정을 대체할 수 있는 광폭의 초음파분무 코팅 공정과 이 공정의 효율을 보다 효과적으로 향상시키기 위하여 분무된 입자를 대전시키고 적절한 전자기장으로 대전된 분무입자가 보다 균일한 두께로 피도포재에 코팅되도록 하는 광폭초음파 및 전자기 복합공정과 그 제조장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 스핀공정 방식에서 발생하는 원재료의 비산에 따른 손실을 줄이고, 스핀시스템의 기판 회전 공정을 대신하여 일축 이송시스템을 갖춤으로서 공정을 단순화하면서도 코팅의 속도를 향상시키고 제조라인의 크기를 축소할 수 있는 공정과 그 제조 장치에 관한 것으로서 그 구성요소로서는 광폭의 초음파 분무를 할 수 있는 초음파무화기와 가스유동 제어장치 및 분무된 입자에 전하를 대전하는 장치와 이 대전된 분무 코팅입자가 기판 등 피도포재에 보다 균일하게 코팅될 수 있도록 하는 전자기장 형성 및 제어장치가 있다. The present invention is a wide ultrasonic spray coating process that can replace the spin coating process, which is widely used when applying photoresist, etchant, ITO coating solution, etc. on a semiconductor wafer or display substrate, and spraying to improve the efficiency of the process more effectively. The present invention relates to a broad ultrasonic and electromagnetic composite process and a manufacturing apparatus thereof, which charge charged particles and allow spray particles charged with an appropriate electromagnetic field to be coated on a coating material with a more uniform thickness. More specifically, it reduces the loss due to the scattering of raw materials generated in the spin process method, and has a uniaxial transfer system instead of the spin system substrate rotation process, which simplifies the process and improves the coating speed and reduces the size of the manufacturing line. The present invention relates to a process that can be performed and an apparatus for manufacturing the same, and its components include an ultrasonic atomizer capable of wide ultrasonic spraying, a gas flow control device, a device for charging electric charges on the sprayed particles, and the charged spray coating particles are a substrate or the like. There is an electromagnetic field forming and controlling device that enables a more uniform coating on the coating material.
이 분야의 종래의 방식은 주로 스핀공정에 의한 것이었고 반도체나 유리기판 등의 표면에 액상 또는 액체와 고체 미립자가 혼합된 도포 액을 코팅할 때 그 원액의 소모량이 많아서 원재료 비용이 높고, 또 사용되는 대부분의 도포 액이 친환경적이지 못한 경우가 많아 잉여 도포 액이 환경적인 측면에서도 처리 비용을 상승시킨다.The conventional method in this field is mainly by spin process, and the raw material cost is high and used when coating liquids or liquid and solid fine particles mixed on the surface of semiconductor or glass substrate. Most of the coating liquids are not environmentally friendly, so the excess coating liquid raises the treatment cost in terms of environment.
본 고안은 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 광역 초음파 코팅과 전자기 코팅공정을 일원화하여, 과다한 도포 액을 사용하지 않으면서도 기존의 스핀 공정보다 빠르고 효과적으로 코팅을 할 수 있도록 하며, 제조장치의 비용도 현저히 낮출 수 있도록 하였다. In order to solve these problems, the present invention unifies wide-area ultrasonic coating and electromagnetic coating process, so that the coating can be performed faster and more effectively than the existing spin process without using excessive coating liquid, and the manufacturing cost can be significantly lowered. It was made.
초음파, 광폭코팅, 박막, 전자기, 대전 Ultrasonic, Wide Coating, Thin Film, Electromagnetic, Charge
Description
도 1은 본 고안의 광폭 초음파 분무코팅공정과 전자기적 가진 장치의 구성을 개략적으로 나타내기 위한 구성도1 is a configuration diagram for schematically showing the configuration of a wide ultrasonic spray coating process and electromagnetic excitation apparatus of the present invention
도 2는 광폭초음파 분무코팅공정 및 대전장치의 주요구성요소를 나타내기 위한 구성도Figure 2 is a schematic diagram showing the main components of the wide ultrasonic spray coating process and charging device
도 3은 전자기적 가진을 위한 전자기 가진 장치의 개략도 3 is a schematic diagram of an electromagnetic excitation device for electromagnetic excitation
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 가스유동제어기 200 : 전자기 가진장치100: gas flow controller 200: electromagnetic excitation device
300 : 시료 400 : 콘베어벨트 구동모터300: Sample 400: conveyor belt drive motor
500 : 초음파 제너레이터와 액체공급제어장치 및 시스템동기화제어장치500: ultrasonic generator and liquid supply control system and system synchronization control device
600 : 초음파노즐 700 : 가스흐름제어노즐 600: ultrasonic nozzle 700: gas flow control nozzle
800 : 이종가스 공급탱크 900 : 액체공급탱크800: heterogeneous gas supply tank 900: liquid supply tank
910 : 방전장치 920 : 무화된 입자들의 흐름910: discharge device 920: flow of atomized particles
본 발명이 속하는 기술 적용 분야인 반도체 웨이퍼나 디스플레이 유리 기판이나 이와 유사한 경우에 감광액이나 식각액, ITO 코팅액 등을 도포하는 공정에서는 종래 스핀방식을 이용한 공정이 주로 사용되어 왔다.
그러나 종래의 스핀공정 방식에서는 기판이나 웨이퍼 그리고 이와 유사한 피도포재의 표면에 코팅되어야하는 도포 액을 고속의 스핀회전에 의하여 표면상에 도포하는 과정에서 도포 액의 비산이 발생하고 필요량이상의 도포 액이 소요되어 환경적인 문제와 함께 재료의 손실이 발생하여 왔다.
또한 기존의 스핀방식으로는 웨이퍼상의 패턴이나 요철 부분에 공기가 미처 빠져나가지 못하고 그 위에 코팅 액이나 식각 액이 도포됨으로서 이후의 다단계 공정에서의 제품에 결함이 발생될 수 있는 경우가 많이 있었다.
또한, 이 스핀공정 방식으로는 점차로 대형화 하여가는 기판 상에 원하는 코팅 액을 도포하는 경우에 고속의 회전이 어려워져 장치비용이 상승하는 단점이 있다.
또한 광폭 초음파 코팅방식은 무화된 입자의 코팅 두께를 고루 제어하는 것이 상당히 어려운 공정이라 대형기판에서는 코팅 두께의 편차를 줄이는 것이 종래의 과제였다. In the process of applying a photosensitive liquid, an etching liquid, an ITO coating liquid, or the like in a semiconductor wafer, a display glass substrate, or the like, which is a technical application field of the present invention, a process using a conventional spin method has been mainly used.
However, in the conventional spin process method, the coating liquid that is to be coated on the surface of the substrate, the wafer, and the like to be coated is applied on the surface by high-speed spin rotation, and the coating liquid is scattered. There has been a loss of material with environmental problems.
In addition, in the conventional spin method, air does not escape to a pattern or irregularities on a wafer, and a coating liquid or an etching liquid is coated thereon, which may cause defects in a product in a subsequent multi-step process.
In addition, this spin process method has a disadvantage in that it is difficult to rotate at a high speed when the desired coating liquid is applied onto a substrate that is gradually enlarged, thereby increasing the device cost.
In addition, since the wide ultrasonic coating method is a very difficult process to control the coating thickness of the atomized particles, it has been a conventional problem to reduce the variation of the coating thickness in a large substrate.
본 발명의 기술적 과제는 반도체 웨이퍼나 디스플레이 기판 상에 감광액이나 식각액, ITO 코팅액 등을 도포할 때 많이 사용되고 있는 스핀코팅 공정을 대체할 수 있는 광폭의 초음파분무 코팅 공정과 이 공정의 효율을 보다 효과적으로 향상시키기 위한 전자기적 가진 장치와 공정을 일체화하는 것이다.
본 발명은 코팅을 위하여 초음파 노즐에 의하여 무화된 입자를 일정한 폭의 밴드 형태로 유도하기 위하여 가스 유도장치를 사용하며, 이 가스유도장치는 공기나 산소, 불활성기체 등 다양한 유도가스를 사용하게 되는 데 이 장치에 대전장치를 부착하여 초음파 노즐에 의하여 무화된 입자들이 유도가스에 의한 전하대전이 이루어지도록 한다. 그 뒤 이 대전된 무화 입자가 피도포재에 도포되는 순간에 피도포재 주변에 적절히 고안된 전자기장 유도발생장치를 조절하여 무화된 대전입자가 도포재 상에 부착시 적절한 전자기장의 변화를 가함으로서 대전된 분무입자가 보다 균일한 두께로 피도포재에 코팅되도록 하는 광폭초음파 및 전자기 복합공정과 그 제조 장치를 제공하고자 하는 것이다.
또한 본 발명은 광역 초음파 코팅과 전자기 코팅공정을 일원화하는 이 고안을 통하여 과다한 도포 액을 사용하지 않으면서도 코팅의 속도를 향상시키고 제조라인의 크기를 축소할 수 있는 저가의 고효율, 친환경 코팅공정과 그 제조 장치를 제공하고자 하는 것이다.The technical problem of the present invention is to effectively improve the efficiency of the process and a wide ultrasonic spray coating process that can replace the spin coating process, which is widely used when applying a photoresist, etching solution, ITO coating solution, etc. on a semiconductor wafer or display substrate It is to integrate the process with the electromagnetic excitation device.
The present invention uses a gas induction device to guide the particles atomized by the ultrasonic nozzle in the form of a band of a constant width for coating, this gas induction device is to use a variety of induction gas, such as air, oxygen, inert gas A charging device is attached to the device so that the particles atomized by the ultrasonic nozzle can be charged by the induced gas. Then, at the moment when the charged atomized particles are applied to the coated material, the electromagnetic induction generating device appropriately designed around the coated material is adjusted so that the charged particles are charged by applying an appropriate change of electromagnetic field when they are deposited on the coated material. It is an object of the present invention to provide a broad ultrasonic and electromagnetic composite process and a manufacturing apparatus for spraying particles to be coated on a coating material with a more uniform thickness.
In addition, the present invention is a low-cost, high-efficiency, eco-friendly coating process that can improve the speed of the coating and reduce the size of the manufacturing line without using an excessive coating liquid through this design to unify the wide-area ultrasonic coating and electromagnetic coating process and its It is to provide a manufacturing apparatus.
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은 공급된 액체를 무화시킬 수 있는 초음파 노즐과 무화대상 액체의 공급 장치, 그리고 무화된 입자를 스트립형태로 피 도포재까지 유도하는 가스유동제어유니트로 구성된 광폭 초음파 장치 그리고 이 유닛에서 나오는 가스를 대전시키는 대전장치와 이 스트립형 분무 도포입자들을 콘베어 벨트를 구동하여 시료 상에 면코팅이 되도록 한 뒤 면코팅된 도포재가 경화되기 전에 대전된 도포 입자를 흔들어주어 그 두께의 편차가 줄어들게 하는 전자기적 가진 장치로 구성된다.
더 구체적으로 본 발명에 따른 전자기 및 초음파를 이용한 광폭 복합코팅 장치는 따른 반도체 웨이퍼나 디스플레이 기판 등의 시료에 감광액이나 식각액, ITO 코팅액 등을 도포하는 코팅 장치에 있어서, 도포액을 공급하는 액체공급장치; 상기 액체공급장치에서 공급되는 도포액을 무화시켜 시료에 분사하는 초음파 노즐; 상기 초음파 노즐에서 분사되는 무화입자를 대전시키는 방전장치; 시료에 도포된 무화입자를 전자기적으로 가진시키는 전자기적 가진장치;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 초음파 노즐에서 분사되는 무화입자가 스트립 형태로 분사되도록 유도가스를 분출하는 가스흐름 제어노즐;를 더 구비하고, 상기 방전장치는 상기 가스흐름 제어노즐에서 분출되는 유도가스에 의해 무화입자가 대전되도록 상기 유도가스를 대전시키도록 된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 가스흐름 제어노즐에 유도가스를 공급하는 가스 공급탱크를 더 구비하되, 상기 가스 공급탱크는 이종가스를 상기 가스흐름 제어노즐에 공급하도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 유도가스는 불활성 기체인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 전자기 및 초음파를 이용한 광폭 복합코팅 공정은 반도체 웨이퍼나 디스플레이 기판 등의 시료에 감광액이나 식각액, ITO 코팅액 등을 도포하는 코팅 공정에 있어서, 액체공급장치에서 공급되는 도포액을 초음파 진동에 의해 무화시켜 시료에 분사하는 제1 단계; 상기 무화입자를 대전시키는 제2 단계; 시료에 도포된 무화입자를 전자기적으로 가진시키는 제3 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 단계는 상기 무화입자가 스트립 형태로 분사되도록 유도가스를 분출하고, 이 분출되는 유도가스를 대전시킴으로써 상기 무화입자를 대전시키도록 된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 더 상세하게 설명한다.The present invention for achieving the above object is a wide ultrasonic wave composed of an ultrasonic nozzle capable of atomizing the supplied liquid, a supply device for atomizing the liquid, and a gas flow control unit for guiding the atomized particles to the coating material in the form of a strip. The device and the charging device for charging the gas from the unit and the strip spray spray particles are driven by a conveyor belt to be surface coated on the sample, and then shake the charged coating particles before the surface coated coating material is cured. It consists of an electromagnetically excited device that reduces the variation in thickness.
More specifically, the wide composite coating apparatus using electromagnetic and ultrasonic waves according to the present invention is a coating apparatus for applying a photosensitive liquid, an etching liquid, an ITO coating liquid, or the like to a sample such as a semiconductor wafer or a display substrate, and a liquid supply device for supplying a coating liquid. ; An ultrasonic nozzle that atomizes the coating liquid supplied from the liquid supply device and sprays the sample onto the sample; A discharge device for charging the atomized particles sprayed from the ultrasonic nozzle; And an electromagnetic excitation device for electromagnetically exciting the atomized particles applied to the sample.
The present invention further includes a gas flow control nozzle for ejecting induction gas to spray atomized particles injected from the ultrasonic nozzle in a strip form, wherein the discharge device comprises atomized particles by induction gas ejected from the gas flow control nozzle. It is characterized in that for charging the induction gas to be charged.
The present invention is further provided with a gas supply tank for supplying induction gas to the gas flow control nozzle, the gas supply tank is characterized in that for supplying heterogeneous gas to the gas flow control nozzle.
The induction gas is characterized in that the inert gas.
On the other hand, the wide composite coating process using electromagnetic and ultrasonic waves according to the present invention in the coating process of applying a photosensitive liquid, an etching liquid, an ITO coating liquid, etc. to a sample such as a semiconductor wafer or display substrate, ultrasonic coating the liquid supplied from the liquid supply device A first step of atomizing the sample by vibration and spraying the sample; A second step of charging the atomized particles; And a third step of electromagnetically exciting the atomized particles applied to the sample.
The second step is characterized in that the atomized particles are jetted so that the atomized particles are injected in the form of a strip, and the atomized particles are charged by charging the ejected induced gas.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail.
본 발명은 도 1의 장치 구성도를 참조하여 보면 가스유동제어기(100), 콘베어벨트상의 시료(300), 전자기 가진장치(200), 콘베어벨트의 구동모터(400), 초음파 노즐제너레이터 및 액체공급제어장치 및 시스템 동기화 제어장치(500)를 구비한다.
그리고 본 발명은 도 2의 장치 구성도를 참조하여 보면 초음파노즐(600), 가스유동제어기 중의 가스흐름제어노즐(700), 제어된 가스를 대전시키는 방전장치(910), 액체공급탱크(900), 불활성가스등 이종가스 공급탱크(800)를 포함하여 구성되어 있다.
그리고 본 발명은 도 3의 장치구성을 참조하여 보면 전자기적 가진장치(200)와 이 가진장치(200) 사이를 지나는 피도포재인 시료(300)로 구성이 되어 있다.
이 장치의 작동은 액체공급장치(900)에서 제어된 량의 무화할 도포 액을 공급하면 이것이 관로를 따라서 초음파노즐(600)에 이르게 되고, 초음파노즐의 끝단에 도달된 도포 액은 초음파 노즐제너레이터 및 액체공급제어장치 및 시스템 동기화 제어장치(500)에 의하여 초음파노즐 끝단에 발생된 모세관 파에 의하여 일정한 크기의 무화입자로 변환되고, 이를 가스유동제어기(100)의 2개의 가스흐름제어 노즐(700)에서 발생되는 가스의 유동을 이용하여 초음파노즐에 의하여 무화된 입자들이 일정한 길이와 폭을 갖는 띠(stripe) 형태로 분무되게 만든다.
이때 분무입자들을 대전시키기 위하여 2개의 가스흐름제어 노즐(700) 앞에 위치한 방전장치(910)를 이용하여 가스흐름제어 노즐에서 나온 가스를 대전시키게 되고, 이 대전된 가스들은 초음파 노즐(600)에 의하여 무화된 입자들을 대전시킴과 동시에 그 흐름을 띠 형태로 유도한다.
이 대전된 띠 형태의 분무입자들의 흐름은 그대로 피도포재 상에 도달되어 도포되는데, 이 도포되는 과정에서 구동모터(400)에 의하여 움직이는 콘베어벨트상의 시료(300)는 전면이 코팅이 되면서 전자기 가진장치(200) 속으로 들어가게 된다.
이 전자기 가진장치(200) 속으로 들어간 시료(300) 상에는 미처 경화되지 않은 대전된 분무 액이 도포되어 있는데, 전자기적인 외부 가진에 의한 교란을 받아서 대전된 도포 액들이 진동하게 되어 그 도포 두께가 균일하여진다.
이러한 공정과 장치를 통하여 대형의 기판 등에 효과적으로 저가의 균질한 코팅을 얻을 수 있다. The present invention is a
And the present invention is referring to the device configuration of Figure 2
And the present invention is composed of a
The operation of this apparatus is that when the
At this time, in order to charge the spray particles, the gas from the gas flow control nozzle is charged using the
The flow of the sprayed particles of the charged strip form is reached and applied as it is on the coating material, the
On the
Through such a process and an apparatus, a low cost homogeneous coating can be effectively obtained for a large substrate.
반도체 웨이퍼나 디스플레이 유리 기판이나 이와 유사한 경우에 감광액이나 식각액, ITO 코팅액 등을 도포하는 공정에서 사용되던 종래 스핀방식을 대신하여 본 고안의 복합공정방식을 사용하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
종래의 스핀공정 방식과는 달리 기판이나 웨이퍼 그리고 이와 유사한 피도포재의 표면에 코팅되어야하는 도포 액을 피도포재 표면상에 도포하는 과정에서 도포 액의 비산이 적게 발생하고 최소한의 도포 액을 사용하게 되어 환경적인 문제와 함께 재료의 손실을 최소화할 수 있다.
또한 기존의 스핀방식에서는 웨이퍼 상의 패턴이나 요철 부분에 공기가 미처 빠져나가지 못하고 그 위에 코팅 액이나 식각 액이 도포됨으로써 이후의 다단계 공정에서의 제품에 결함이 발생될 수 있는 경우가 많이 있었고 점차로 대형화 하여가는 추세인 대형 기판 상에 원하는 코팅 액을 도포하고자 하는 경우에 고속의 회전에 필요한 장치비용이 상승하는 단점이 있었고, 또한 광폭 초음파 코팅방식은 저가의 비용이 드는 방식이지만 코팅 두께를 대형 기판 상에서 고르게 제어하는 것이 상당히 쉽지 않은 단점이 있었는데, 본 발명의 결과로 설치 및 유지비용이 적게 드는 초음파 코팅방식을 사용하면서도 여기에 전자기적인 대전기법을 복합화 하여 장치비용과 환경비용이 저렴하며 공기포집등의 결함이 없고 균질한 코팅결과를 얻을 수 있는 효과적인 코팅 공정 및 제조 장치를 얻을 수 있다. In the case of a semiconductor wafer, a display glass substrate, or the like, instead of the conventional spin method used in the process of applying a photoresist, an etchant, an ITO coating solution, and the like, the following effects can be obtained by using the complex process method of the present invention.
Unlike the conventional spin process method, the application liquid, which should be coated on the surface of the substrate, the wafer, and the like to be coated, is applied to the surface of the object to be coated, which causes less scattering of the coating liquid and uses a minimum amount of the coating liquid. This can minimize material loss along with environmental issues.
In addition, in the conventional spin method, air does not escape to the pattern or irregularities on the wafer, and coating or etching liquid is applied thereon, which may cause defects in products in subsequent multi-step processes. In the case of applying a desired coating liquid on a large substrate, which is a thin trend, there is a disadvantage in that the device cost required for high speed rotation is increased. Also, the wide ultrasonic coating method is a low cost method, but the coating thickness is evenly distributed on the large substrate. It was a disadvantage that it was not easy to control. As a result of the present invention, it is possible to use the ultrasonic coating method which is low in installation and maintenance cost, but to combine the electromagnetic charging method with the device cost and environmental cost, and to collect air defects. Effective and homogeneous coating results A phosphorus coating process and a manufacturing apparatus can be obtained.
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