KR100782539B1 - 슬릿 노즐 및 이를 포함하는 약액 도포 장치 - Google Patents

슬릿 노즐 및 이를 포함하는 약액 도포 장치 Download PDF

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이정환
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세메스 주식회사
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Abstract

원활하게 약액을 공급하며 장비 상태를 쉽게 유지할 수 있는 슬릿 노즐 및 이를 포함하는 약액 도포 장치가 제공된다. 슬릿 노즐은, 약액이 유입되는 공급홀이 형성된 제1 몸체부와, 제1 몸체부와 대향 배치된 제2 몸체부와, 제1 및 제2 몸체부 사이에 배치되어 제1 및 제2 몸체부를 이격시키는 스페이서를 포함한다. 여기서, 스페이서는 제1 및 제2 몸체부 사이에 공급홀과 연결된 토출구를 형성하는 것이 바람직하다.
슬릿 노즐, 약액, 토출

Description

슬릿 노즐 및 이를 포함하는 약액 도포 장치{Slit nozzle and chemical-coating apparatus having the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 도포 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 약액 도포 장치에 포함된 슬릿 노즐의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿 노즐의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 슬릿 노즐의 결합 사시도이다.
도 5는 도 4의 슬릿 노즐을 A-A'선으로 절단한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬릿 노즐의 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10: 기판 15: 약액
20: 기판 이송 장치 100: 약액 도포 장치
110: 약액 공급원 120, 122: 배관
130, 132: 밸브 140: 공급라인
150: 슬릿 노즐 210: 제1 몸체부
212, 214: 홈부 220: 제2 몸체부
222, 224: 돌출부 230: 스페이서
240: 공급홀 250: 스크류
252, 254, 256: 결합공 260: 토출구
본 발명은 슬릿 노즐 및 이를 포함하는 약액 도포 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원활하고 균일하게 약액을 공급하며 장비의 상태를 쉽게 유지할 수 잇는 슬릿 노즐 및 이를 포함하는 약액 도포 장치에 관한 것이다.
평판 디스플레이 패널의 제조 과정에는 다양한 약액을 이용하여 유리 기판의 표면을 처리하는 공정들이 있다. 예를 들어 현상 공정은 유리 기판에 현상액을 균일하게 공급하여 현상한다. 예를 들어 현상 설비는 노광된 유리 기판 표면에 현상액을 균일하게 도포하여 일정 시간 동안 퍼들(puddle)을 형성하여 현상한다. 이 때 현상 공정상 필요한 스프레이(spray)의 균일성을 얻기 위하여 저유량(예를 들어, 분 당 약 30 리터 이하)의 현상액을 공급하는 경우에도, 슬릿 노즐로부터 토출되는 현상액에 의해 형성되는 커튼(curtain)이 갈라짐 없는 일정한 형상으로 유지되어야 한다.
또한 반도체 제조용 현상액은 초 고순도를 요구하기 때문에 고가이다. 그러므로 현상 공정에서 가능하면 최소의 사용으로 기판 표면을 균일하게 도포하는 것이 바람직하다.
따라서 유리 기판 상의 현상액 도포 상태 및 저유량의 현상액 공급에 따른 슬릿 노즐의 스프레이 균일성 확보가 현상 공정에서는 중요한 관건이다.
하지만 종래에 서스(SUS) 재질의 슬릿 노즐의 경우 슬릿 노즐 자체가 무거워서 현상액 도포 장치에 부착하여 유지하기가 상대적으로 어려운 문제가 있다. 또한 종래 슬릿 노즐의 경우 현상액이 토출되는 토출구의 폭이 너무 넓은 경우 현상액이 지나치가 많이 나오게 되고 반면에 토출구의 폭이 너무 좁은 경우 현상액이 토출되는 속도가 빨라서 유리 기판 상에 버블(bubble)이 생기는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 원활하게 약액을 공급하며 장비 상태를 쉽게 유지할 수 있는 슬릿 노즐을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 이러한 슬릿 노즐을 포함하는 약액 도포 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿 노즐은, 약액이 유입되는 공급홀이 형성된 제1 몸체부와, 상기 제1 몸체부와 대향 배치된 제2 몸체부와, 상기 제1 및 제2 몸체부 사이에 배치되어 상기 제1 및 제2 몸체부를 이격시키는 스페이서를 포함한다. 여기서, 상기 스페이서는 상기 제1 및 제2 몸체부 사이에 상기 공급홀과 연결된 토출구를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 도포 장치는, 약액을 보관하는 약액 공급원과, 상기 약액 공급원과 연결되어 상기 약액을 전달하는 배관과, 상기 약액을 기판 상에 토출하는 상기 슬릿 노즐을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 슬릿 노즐 및 이를 포함하는 약액 도포 장치에 대하여 상세히 설명한다. 이하 설명되는 실시예들에서는 설명의 편의를 위하여 약액 도포 장치로서 반도체 제조 공정에서 현상액을 도포하는 현상액 도포 장치를 예시로 들고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 기판 상에 약액을 고르게 도포하기 위하는 임의의 반도체 제조 장치를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 도포 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 약액 도포 장치에 포함된 슬릿 노즐의 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 도포 장치(100)는 기판(10) 상에 약액을 도포하는 슬릿 노즐(slit nozzle 또는 puddle knife)(150)과, 약액을 보관하는 약액 공급원(110)과, 약액 공급원(110)에 연결되어 약액을 전달하는 배관(120, 122)과, 슬릿 노즐(150) 및 배관(120, 122) 사이에 연결되어 약액을 슬릿 노즐(150)에 공급하는 공급라인(140)을 포함한다. 또한 약액 도포 장치(100)는 약액 도포를 위해 기판(10)을 이동시키는 기판 이송 장치(20)를 포함한다.
여기서 약액 공급원(110)은 기판(10)의 표면에 도포될 약액, 예를 들어 현상액(예를 들어, 2.38 %의 TMAH 용액)을 보관하고 있다.
배관(120, 122)은 약액을 전달하는 제1 배관(120)과, 제1 배관(120)으로 공급되는 약액 내부의 에어(air)를 제거하기 위한 제2 배관(122)을 포함한다. 제1 배관(120)은 약액 공급량 조절용의 제1 밸브(130)를 구비하고, 제1 밸브(130)의 조절을 통해 약액의 공급량을 조절한다. 그리고 제1 배관(120)은 약액 공급원(110)으로부터 다수의 공급라인(140)을 통해 슬릿 노즐(150)과 연결되며, 공급라인(140)을 통해 2 슬릿 노즐(150) 전체로 약액을 균일하게 공급한다. 이 때 제2 배관(122)은 제1 배관(120)으로 공급되는 약액 내부의 에어를 제거하기 위하여 제2 밸브(132)를 구비한다.
제1 밸브(130)는 현상액 공급량을 조절하기 위하여 스프레이(spray)되는 유량을 고정 설정한다. 제2 밸브(132)는 제1 배관(120) 내부의 에어를 제거하기 위하 여 순간 대용량 밸브로 구비되며, 개폐 동작을 주기적(예를 들어, 약 5초 간격)으로 반복시킨다. 예를 들어 현상 공정에서, 에어(air, micro bubble)는 현상액이 기판 표면에 균일하게 도포되지 않는 등 공정 트러블의 원인이 되기 때문이다.
그리고 공급라인(140)은 예를 들어, PFA(Perfluoroalkoxy) 튜브 등으로 형성될 수 있으며, 제1 배관(120)으로부터 공급되는 약액을 슬릿 노즐(150)로 빠르고 균일하게 공급하기 위하여 다수개가 구비될 수 있다. 공급라인(140)은 배관(120, 122) 내부에서의 에어 발생시, 슬릿 노즐(150)에 잔류하지 않고 배관(120, 122) 쪽 방향으로 올라오도록 하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 공급라인(140)의 길이를 'ㄷ' 자 형태로 길게 하여 에어가 올라오는데 필요로 하는 공간을 확보하도록 구성한다. 이는 가동 초기에 최대한 많은 에어를 제거해주는 것이 중요하며, 초기에 대유량 밸브를 이용하여 슬릿 노즐(150)로 배출되도록 하고, 약액의 커튼이 형성된 이후의 에어는 슬릿 노즐(150)로 배출될 수 없기 때문에 동작 중에 발생되는 에어는 슬릿 노즐(150) 내부에 들어가지 않도록 배관(120, 122) 및/또는 공급라인(140)에 머물도록 하는 것이 바람직하다.
슬릿 노즐(150)은 기판(10)의 폭 방향에 대응하여 길게 형성된 노즐을 통해 약액, 예를 들어 현상액을 기판(10) 표면에 균일하게 도포하는 슬릿(slit) 방식의 도포 장치이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 도포 장치(100)는 기판(10) 표면에 약액을 균일하게 도포하기 위하여 약액의 유량 또는 유속의 차이를 두고 있는 하나 이상의 슬릿 노즐(150)을 구비할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿 노즐에 대하여 자세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿 노즐의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 슬릿 노즐의 결합 사시도이고, 도 5는 도 4의 슬릿 노즐을 A-A'선으로 절단한 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿 노즐(150)은 내부에 절곡된 토출구(260)를 형성하기 위한 제1 및 제2 몸체부(210, 220)과, 제1 및 제2 몸체부(210, 220) 사이에 개재되어 토출구(260) 형성을 위한 공간을 제공하는 스페이서(230)를 포함한다.
여기서 제1 몸체부(210)의 일면에는 공급라인(도 1의 도면부호 140 참조)이 삽입 고정되어 약액(15)을 공급받는 공급홀(240)이 형성되어 있다. 약액(15)이 슬릿 노즐(150)로 빠르고 균일하게 공급되도록 하기 위하여 공급라인의 개수에 대응하여 공급홀(240)도 다수개로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 다수의 공급홀(240)은 슬릿 노즐(150)의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 배열될 수 있다.
공급홀(240)과 토출구(260)은 연결되어 있으므로, 제1 몸체부(210)로 유입된 약액(15)은 우선 공급홀(240) 내에 공간에 일시적으로 체류된 후 토출구(260)를 통하여 기판 표면으로 토출된다. 제1 몸체부(210)의 타면, 즉 제2 몸체부(220)와 대향하는 면에는 절곡된 토출구(260)를 형성하기 위한 홈부(212)가 형성되어 있다.
제2 몸체부(220)는 스페이서(230)에 의해 소정의 간격을 두고 제1 몸체부(210)와 대향하여 결합한다. 제1 몸체부(210)와 대향하는 제2 몸체부(220)의 일면에는 제1 몸체부(210)의 홈부(212)에 대응하는 돌출부(222)가 형성되어 있다. 홈부(212) 내로 돌출부(222)가 삽입되어 소정 간격으로 이격되어 배치됨으로써 약 액(15)의 이동하는 토출구(260)가 'ㄷ'자 모양으로 절곡된 형상을 가지게 된다. 이와 같이 토출구(260)를 절곡된 형상으로 형성함으로써 슬릿 노즐(150)로 유입된 약액(15)의 토출되는 속도가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또한 스페이서(230)의 두께(d)에 의해 토출구(260)의 폭(d)이 결정된다. 일반적인 유체 역학에 따르면 유체의 속도와 유체가 지나가는 단면적과는 다음의 [식 1]과 같은 관계가 성립된다.
[식 1]
유량 = 단면적 × 유속
따라서 공급홀(240)을 통하여 슬릿 노즐(150)에 공급되는 약액(15)의 양과 토출구(260)를 통하여 슬릿 노즐(150)로부터 토출되는 약액(15)의 양이 동일하므로(즉, 유량이 동일함), 약액(15)의 토출 속도는 토출구(260)의 폭(d)에 의해 결정된다.
종래에는 공급홀(240)의 단면적과 비교하여 토출구(260)의 폭이 지나치게 좁아서(예를 들어, 0.01 - 0.2mm) 약액(15)의 토출 속도가 지나치게 높고 따라서 기판 상에 도포된 약액에 기포가 발생하는 문제가 있었다. 또한 이러한 경우 약액의 도포 특성을 균일하게 유지하기 위하여 토출구의 가는 폭을 일정하게 관리하는데 많은 어려움이 있었다. 하지만 본 실시예에서는 토출구(260)의 폭(d)(즉, 스페이서(230)의 두께)을 약 1 - 3 mm로 형성함으로써 약액(15)의 토출 속도가 지나치게 증가하는 것을 방지하여 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상대적으로 토출구(260)의 폭이 넓기 때문에 이를 일정하게 유지하도록 관리하기가 편 리하다. 더욱이 앞서 설명한 바와 같이 토출구(260)를 절곡된 형상으로 형성함으로써 약액(15)의 토출 속도를 제어할 수 있다.
제1 몸체부(210), 제2 몸체부(220) 또는 스페이서(230)는 다양한 형상의 절곡된 토출구(260)를 형성하기 위하여 수지 계열의 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어 PVC 등으로 형성할 수 있다. 수지 계열로 슬릿 노즐(150)을 형성하는 경우 슬릿 노즐(150) 자체의 무게가 가벼워져서 약액 도포 장치에 슬릿 노즐(150)을 장착하거나 관리하기가 용이한 장점이 있다.
본 실시예에서는 제1 몸체부(210)에 홈부(212)가, 제2 몸체부(220)에 돌출부(222)가 형성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 절곡된 토출구(260)를 형성할 수 있는 임의의 형상의 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(220)를 채용할 수 있다. 예를 들어 제1 몸체부(210)에 돌출부가 형성되고, 제2 몸체부(220)에 이러한 돌출부가 삽입되는 홈부가 형성될 수 있다.
제1 몸체부(210), 스페이서(230) 및 제2 몸체부(220)는 각각에 형성된 결합공(252, 254, 256) 및 스크류(250)를 이용하여 결합 고정될 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며 점착제, 접착제, 후크 결합 등 다양한 결합 수단에 의해 제1 몸체부(210), 스페이서(230) 및 제2 몸체부(220)를 결합 고정할 수 있다.
이하 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬릿 노즐의 단면도이다. 설명의 편의상, 이전 실시예의 도면(도 1 내지 도 5)에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다. 본 실시예의 슬릿 노즐(650)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 이전 실시예의 슬릿 노즐과 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 몸체부(210)에는 두 개의 홈부(212, 214)가 형성되어 있고, 제2 몸체부(220)에는 상기 홈부(212, 214)에 대응하는 두 개의 돌출부(222, 224)가 형성되어 있다. 이와 같이 두 쌍의 홈부(212, 214)와 돌출부(222, 224)를 형성함으로써 약액(15)의 토출 속도를 더 원활하게 제어할 수 있다. 즉, 약액(15)의 토출 속도가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 두 쌍의 홈부와 돌출부를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이러한 돌출부와 홈부의 개수에 한정되지 않으며 하나 이상의 돌출부 및 홈부를 슬릿 노즐에 형성할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 슬릿 노즐 및 이를 포함하는 약액 도포 장치에 의하면, 상대적으로 가볍고 견고한 수지 계열의 물질을 이용하여 슬릿 노즐을 형성함으로써 약액 도포 장치에 슬릿 노즐을 장착하거나 관리하기가 용이하다.
또한 스페이서의 두께를 조절함으로써 슬릿 노즐 내에서 약액의 토출되는 토 출 속도를 쉽게 제어할 수 있다.
나아가 약액의 토출구를 절곡되게 형성함으로써 약액의 토출 속도가 지나치게 증가하여 기판 상에 도포된 약액에 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 약액이 유입되는 공급홀이 형성된 제1 몸체부;
    상기 제1 몸체부와 대향 배치된 제2 몸체부; 및
    상기 제1 및 제2 몸체부 사이에 배치되어 상기 제1 및 제2 몸체부를 이격시키는 스페이서를 포함하되,
    상기 스페이서는 상기 제1 및 제2 몸체부 사이에 상기 공급홀과 연결된 토출구를 형성하는 슬릿 노즐.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 토출구는 상기 제1 몸체부 및 상기 제2 몸체부 내에서 절곡된 형상을 가지는 슬릿 노즐.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 몸체부는 상기 제2 몸체부와 대향하는 일면에 형성된 하나 이상의 홈부를 포함하고,
    상기 제2 몸체부는 상기 홈부와 대응하여 형성된 하나 이상의 돌출부를 포함하고,
    상기 홈부와 상기 돌출부는 상기 스페이서의 두께 만큼 이격되어 결합함으로써 상기 절곡된 토출구를 형성하는 슬릿 노즐.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 스페이서의 두께는 약 1 - 3 mm인 슬릿 노즐.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 몸체부, 상기 제2 몸체부 또는 상기 스페이서는 PVC 재질로 이루어진 슬릿 노즐.
  6. 약액을 보관하는 약액 공급원;
    상기 약액 공급원과 연결되어 상기 약액을 전달하는 배관; 및
    상기 약액을 기판 상에 토출하는 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 상기 슬릿 노즐을 포함하는 약액 도포 장치.
KR1020060053967A 2006-06-15 2006-06-15 슬릿 노즐 및 이를 포함하는 약액 도포 장치 KR100782539B1 (ko)

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