KR100867893B1 - 슬릿 노즐 및 이 노즐을 구비한 코팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)의 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 피처리물 표면에 레지스트액, 현상액, 컬러필터 등을 균일하게 도포하기 위한 슬릿 노즐 및 이 노즐을 구비한 코팅 장치를 개시한다.

본 발명은 제1 노즐 몸체, 제1 노즐 몸체에 체결부재로 결합되는 제2 노즐 몸체를 포함하며, 제1 노즐 몸체 또는 제2 노즐 몸체에는 도포액이 공급되어 일시적으로 수용되는 쳄버가 제공되고, 쳄버와 연결되어 도포액을 외부로 토출하는 슬릿이 제공되며, 쳄버는 슬릿과 연결되는 부분이 수평선을 기준으로 경사각을 가지는 슬릿 노즐을 제공한다.

코터, 노즐, 슬릿, 레지스트, 도포, 쳄버, 경사, 균일도

Description

슬릿 노즐 및 이 노즐을 구비한 코팅 장치{Slit nozzle and coating apparatus having the same}

본 발명은 슬릿 노즐 및 이 노즐을 구비한 코팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)의 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 피처리물 표면에 레지스트액, 현상액, 컬러필터 등을 균일하게 도포하기 위한 슬릿 노즐 및 이 노즐을 구비한 코팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 평판표시장치 또는 반도체 소자의 제조 공정에는 박막 증착 공정과 박막 중 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그래피 공정 및 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정이 포함되어 있다. 특히 포토리소그래피 공정은 기판 또는 웨이퍼 상에 감광성 물질의 포토레지스트막을 형성하는 코팅 공정과 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 이를 패터닝하는 노광 및 현상 공정을 포함한다.

코팅 공정에서는 감광 물질로 통상의 포토레지스트가 사용되며, 이 포토레지스트를 기판 표면에 일정한 두께로 균일하게 도포할 수 있도록 진행되어야 한다. 예를 들어 기판 표면에서 포토레지스트가 요구되는 두께보다 두껍게 도포되면 에칭 작업시 패턴이 완전하게 형성되지 않을 수 있고, 이와 반대로 포토레지스트가 얇게 도포되면 기판 표면에서 패턴이 과다하게 식각되는 현상을 유발하는 한 요인이 된다. 대형 기판에 적용되는 코팅 공정은 슬릿 모양의 출구를 가진 노즐이 이동되면서 포토레지스를 도포하게 된다. 그러나 통상의 슬릿구조를 가진 노즐을 이용하여 대형의 기판에 도포액을 도포하는 경우에는 노즐도 상대적으로 길어지게 되고, 이러한 노즐은 가운데 부분으로 토출되는 도포액과 사이드 측으로 토출되는 도포액의 양의 차이가 발생하여 도포액의 균일도가 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 노즐의 가운데 부분에서 토출되는 도포액과 노즐의 사이드 측에서 토출되는 도포액이 균일하게 토출되어 기판에 도포된 도포액의 균일도를 증대시키는 슬릿 노즐 및 이 노즐을 구비한 코팅 장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 노즐 몸체, 상기 제1 노즐 몸체에 체결부재로 결합되는 제2 노즐 몸체를 포함하며, 상기 제1 노즐 몸체 또는 제2 노즐 몸체에는 도포액이 공급되어 일시적으로 수용되는 쳄버가 제공되고, 상기 쳄버와 연결되어 도포액을 외부로 토출하는 슬릿이 제공되며, 상기 쳄버는 슬릿과 연결되는 부분이 수평선을 기준으로 경사각을 가지는 슬릿 노즐을 제공한다.

상기 쳄버는 슬릿과 연결되는 부분이 좌우 대칭의 경사각을 가지는 것이 바 람직하다.

상기 쳄버는 슬릿의 토출면에서 슬릿과 연결되는 부분의 쳄버까지의 길이가 양 사이드부분에 비하여 중앙부가 더 길게 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 경사각은 0°보다 크고 5°보다 작게 이루어지는 바람직하다.

상기 경사각은 0.08°보다 크고 4.6°보다 작게 이루어지는 더욱 바람직하다.

상기 쳄버는 중앙부 또는 사이드부에 외부로 연결되는 공기 구멍이 제공되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 작업대, 상기 작업대에 설치되며 기판을 이송시키는 이송수단, 상기 작업대에 설치되어 기판에 도포액을 토출하는 슬릿 노즐을 포함하고, 상기 슬릿 노즐은 제1 노즐 몸체, 상기 제1 노즐 몸체에 체결부재로 결합되는 제2 노즐 몸체를 포함하며, 상기 제1 노즐 몸체 또는 제2 노즐 몸체에는 도포액이 공급되어 일시적으로 수용되는 쳄버가 제공되고, 상기 쳄버와 연결되어 도포액을 외부로 토출하는 슬릿이 제공되며, 상기 쳄버는 슬릿과 연결되는 부분이 수평선을 기준으로 경사각을 가지는 코팅 장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명은 쳄버의 중앙부에서 슬릿으로 토출되는 도포액의 토출 량과 쳄버의 사이드 부분에서 슬릿으로 배출되는 도포액의 토출량이 같게 되어 슬릿 코터의 전영역에서 도포액이 균일하게 토출되므로 도포액의 균일도가 양호해져 코팅장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면으로, 코팅 장치를 도시하고 있다. 코팅 장치는 작업대(1), 작업대(1)에 제공되는 기판 이송수단(3), 그리고 작업대(1)에 제공되는 슬릿 노즐(5)을 포함한다. 작업대(1)는 포토레지스트의 도포 작업이 인라인 방식에 의해 기판(G) 이송 중에 진행될 수 있는 구조를 가진다. 작업대(1)는 금속 형강을 용접하거나 볼트 등으로 체결하여 만들어진 구조물이다. 작업대(1)는 위쪽 면에 기판 부상용 스테이지(7)가 배치될 수 있다. 기판을 부상시키는 스테이지(7)는 기체의 분사 압력으로 기판(G)을 부상시키기 위한 것이다. 이러한 기판 부상용 스테이지(7)는 기판(G)이 이동되는 이송 구간을 따라 배치되며 다수의 홀들을 통하여 분사되는 기체의 압력에 의하여 기판(G)의 저면이 균일하게 지지되면서 수평한 자세로 부상될 수 있는 통상의 부상 스테이지가 사용될 수 있다. 이와 같이 기체의 분사 압력을 이용하여 기판(G)을 비접촉 상태로 지지하는 방식은 반송용 롤러들로 기판(G)을 지지하는 접촉 지지 방식에 비하여 각종 충격이나 접촉력 등에 의하여 기판(G)이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한 작업대(1)에는 기판을 이송시키는 이송수단(3)이 제공된다.

이송수단(3)은 상세한 도시는 생략하였으나 기판의 사이드 부분을 진공 흡착하는 진공척들을 포함하며, 이 진공척들은 구동원의 동력을 전달받아 직선 이동될 수 있는 통상의 구조를 가질 수 있다. 이러한 이송 수단은 기판(G)을 수평으로 이 송시키는 통상의 구조를 가질 수 있다. 특히 본 발명의 실시 예에서 이송수단(3)을 개략적으로 설명하고 있으나 롤러 등으로 회전하고 기판이 그의 상부에 올려져 이동되는 통상의 기판 이송 구조가 적용되는 것도 가능하다. 즉, 본 발명에서는 이동되는 기판(G)에 슬릿 노즐에 의하여 코팅이 이루어질 수 있는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

슬릿 노즐(5)은 작업대(1)에 고정되어 설치된다. 슬릿 노즐(5)은 작업대(1)에서 가이드를 따라 상, 하 방향으로 이동될 수 있는 이동 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 슬릿 노즐이 상, 하 방향으로 이동하는 구조는, 이송수단에 의하여 기판(G)이 지나 갈 때 기판(G)에 근접한 위치로 이동되어 포토레지스트 등의 도포액을 균일하게 도포하는 작업을 수행할 수 있다. 슬릿 노즐(5)은 도포액 등의 약액이 담겨 있는 탱크(T)에 연결되어 연속적으로 도포액을 토출할 수 있는 구조를 가진다.

도 2는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 슬릿 노즐의 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ의 단면도이고, 도 4는 도 2의 주요부의 분해 사시도이고, 도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ부를 잘라서 본 단면도이고, 도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ부를 잘라서 본 단면도이고, 도 7은 슬릿 노즐(5)의 일부분을 도시한 도면이다. 슬릿 노즐(5)은, 도면에 도시된 바와 같이, 제1 노즐 몸체(21) 및 제2 노즐 몸체(23)를 구비한다. 그리고 제1 노즐 몸체(21)에는 포토레지스트 등의 도포액이 일시적으로 수용되는 쳄버(21a)가 제공된다. 그리고 이 쳄버(21a)는 가늘고 긴 모양으로 이루어지는 슬릿(21b)과 연결되어 쳄버(21a)에 있는 도포액을 기판으로 토출시킬 수 있는 구조로 이루어진다. 물론 제1 노즐 몸체(21) 및 제2 노즐 몸체(23)는 볼트 등의 통상의 체결부재로 결합될 수 있다. 그리고 쳄버(21a)의 공간이 이루는 두께(t1)는 슬릿(21b)이 이루어지는 두께(t2)에 비하여 더 두꺼운 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 쳄버(21a)에서 도포액이 충분하게 양쪽 사이드 쪽으로 공급되어 슬릿(21b)을 통하여 외부로 균일하게 토출될 수 있도록 하기 위한 것이다. 도 4는 슬릿 노즐(5)의 제1 노즐 몸체(21)의 내부를 상세하게 나타나도록 도시한 슬릿 노즐(5)의 분해사시도로, 쳄버(21a) 및 슬릿(21b)의 형상이 나타나 있다. 쳄버(21a)는 탱크(T)에서 도포액이 공급될 수 있도록 관로(8)로 연결되어 있다. 그리고 쳄버(21a)는 슬릿(21b)과 연결되는 연결부(21c)가 수평선을 기준으로 경사지는 각도(a, 이하 '경사각'이라함)를 이루며 형성된다. 즉, 쳄버(21a)와 슬릿(21b)이 연결되는 연결부(21c)는 중앙부를 기준으로 하여 사이드 측으로 하향 경사면을 이루는 것이다. 다시 말하면, 슬릿(21b)을 기준으로 볼 때 슬릿(21b)의 토출면(21d)을 기준으로 가운데 부분이 d1(도 7에 도시함)의 거리를 가지며 사이드 부분이 d2(도 7에 도시함)의 거리를 가지게 된다. 그리고 슬릿(21b)에서 거리 d1은 거리 d2에 비하여 더 긴 거리를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 쳄버(21a)의 형상은 기판(G)이 대형화되면서 슬릿 노즐(5)이 충분히 길어질 때 중앙부에서 토출되는 도포액의 양과 사이드부분에서 토출되는 도포액의 양이 동일한 양으로 이루어지도록 하기 위한 것이다. 즉, 쳄버(21a)에 수용된 약액이 슬릿(21b)을 통하여 기판(G)으로 토출될 때, 양 사이드측으로 이동하는 도포액 이동시간을 고려하여 약액이 슬릿(21b)을 지나는 충분한 시간을 가지도록 하는 것이다.

이러한 연결부(21c)는 중앙을 기준으로 좌우 대칭으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 연결부(21c)가 수평면과 이루는 경사각은 바람직하게는 0°보다 크고 5°보다 작게 이루어질 수 있다. 이러한 조건은 대형 기판에 대응하는 슬릿 노즐의 길이에 따라 가변될 수 있다. 그러나 경사각은 0.08°보다 크고 4.6°보다 작게 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 즉 후술하는 실험 예에서와 같이 어느 정도 경사각(a)이 상기 조건에 비하여 너무 작으면 본 발명의 효과가 충분히 나타나지 않게 되며, 또한 경사각(a)이 너무 크면 오히려 슬릿 노즐의 사이드 측으로 더 많은 도포액이 집중적으로 토출되어 기판의 가장자리 부분에 도포액의 두께가 증가되어 균일도가 더 감소될 수 있는 것이다.

도 8은 본 발명을 적용하여 슬릿 노즐의 위치에 따라 도포액이 슬릿 노즐에서 토출되는 속도를 나타내는 그래프이고, 도 9는 동일한 조건에서 종래의 슬릿 노즐을 적용하여 슬릿 노즐의 위치에 따라 도포액이 슬릿 노즐에서 토출되는 속도를 나타낸 것이다. 두 그래프를 비교하여 보면 슬릿 노즐의 중앙부와 사이드부에서 약액이 토출되는 속도가 종래의 도 9의 구간 A2에 비하여 본 발명의 도 8의 구간 A1이 더 작게 이루어짐을 알 수 있다. 즉, 균일도는 동일한 조건하에서 본 발명이 4.64%를 나타내고, 종래 기술이 5.28%로 더욱 향상되었음을 알 수 있다.

또한, 도 10은 본 발명의 실시예의 노즐을 사용하여 기판에 포토레지스트를 도포한 후 각 부분의 두께를 측정하여 얻은 실험 데이터 표이다. 실험 조건은 레지스트는 AZ PR, 점도는 3.8(cp), 글라스 크기는 1500 X 1850 X 0.7t(mm), 코팅 면적은 1490 X 1840(mm)이다.

도 10의 데이터에서 최대값(Max.)은 1.2347, 최소값(Min.)은 1.1606이며, 균일도를 계산하는 식은 {(Max-Min)/(Max+Min)} X 100으로 할 수 있다. 이 계산식에 의하여 균일도는 3.09%로 대형의 기판에 있어서 매우 양호한 결과를 얻었다.

한편, 도 5 및 도 6에 도시하고 있는 바와 같이, 상기 쳄버(21a)는 중앙부 또는 양 사이드부에 외부로 연결되는 공기 구멍(22a, 22b)이 제공된다. 공기구멍(22a, 22b)은 쳄버(21a)가 대기와 연통되도록 하는 것으로 쳄버 내부에서 발생되는 마이크로 버블을 제거할 수 있는 것이다. 상술한 공기 구멍(22a, 22b)에는 구멍의 일부를 폐쇄할 수 있는 구멍 폐쇄 부재(40)가 결합될 수 있다. 이 구멍 폐쇄용 부재(40)는 통상의 볼트 부재로 이루어질 수 있고 구멍이 폐쇄된 상태에서도 틈새를 통하여 대기중으로 오픈되어 있어 쳄버 내부에서 발생하는 마이크로 버블을 제거할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예인 코팅 장치의 전체적인 외형을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시 예의 노즐 외형을 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ부를 잘라서 본 단면도이다.

도 4는 도 2의 주요부를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.

도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ부를 잘라서 본 단면도이다.

도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ부를 잘라서 본 단면도이다.

도 7은 도 4의 노즐의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 의하여 도포액의 균일도를 확인하기 위한 실험 결과가 나타난 그래프이다.

도 9는 도 8의 실험 예에 대응하며 동일한 조건에서 종래의 노즐을 사용하여 도포액의 균일도를 확인하기 위한 실험 결과가 나타난 그래프이다.

도 10은 본 발명의 실시 예를 이용하여 대형 기판에 도포액을 도포하고 다양한 지점에서 도포액의 두께를 측정하여 균일도를 계산하는 실험 결과를 설명하기 위한 도표이다.

Claims (12)

1. 제1 노즐 몸체;

   상기 제1 노즐 몸체에 체결부재로 결합되는 제2 노즐 몸체를 포함하며,

   상기 제1 노즐 몸체 또는 제2 노즐 몸체에는 도포액이 공급되어 일시적으로 수용되는 쳄버가 제공되고, 상기 쳄버와 연결되어 도포액을 외부로 안내하여 토출시키기 위한 토출면이 형성된 슬릿이 제공되며,

   상기 쳄버는 슬릿과 연결되는 부분이 수평선을 기준으로 경사각을 가지며, 중앙부 또는 사이드부에 외부로 연결되는 공기 구멍이 제공되는 슬릿 노즐.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 쳄버는 슬릿과 연결되는 부분이 좌우 대칭의 경사각을 가지는 슬릿 노즐.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 슬릿에 형성된 토출면의 길이는 중앙부를 중심으로 양측 사이드 측으로 갈수록 짧게 형성된 슬릿 노즐.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 경사각은 0°보다 크고 5°보다 작게 이루어지는 슬릿 노즐.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 경사각은 0.08°보다 크고 4.6°보다 작게 이루어지는 슬릿 노즐.
6. 삭제
7. 작업대;

   상기 작업대에 설치되며 기판을 이송시키는 이송수단;

   상기 작업대에 설치되어 기판에 도포액을 토출하는 슬릿 노즐;

   을 포함하며,

   상기 슬릿 노즐은

   제1 노즐 몸체;

   상기 제1 노즐 몸체에 체결부재로 결합되는 제2 노즐 몸체를 포함하며,

   상기 제1 노즐 몸체 또는 제2 노즐 몸체에는 도포액이 공급되어 일시적으로 수용되는 쳄버가 제공되고, 상기 쳄버와 연결되어 도포액을 외부로 토출하는 슬릿이 제공되며,

   상기 쳄버는 슬릿과 연결되는 부분이 수평선을 기준으로 경사각을 가지며, 중앙부 또는 사이드부에 외부로 연결되는 공기 구멍이 제공되는 코팅장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 쳄버는 슬릿과 연결되는 부분이 좌우 대칭의 경사각을 가지는 코팅장치.
9. 청구항 7에 있어서,

   상기 슬릿의 토출면에서 상기 슬릿과 연결되는 부분의 상기 쳄버까지 길이가

   양 사이드부분에 비하여 중앙부가 더 길게 이루어지는 코팅장치.
10. 청구항 7에 있어서,

    상기 경사각은 0°보다 크고 5°보다 작게 이루어지는 코팅장치.
11. 청구항 7에 있어서,

    상기 경사각은 0.08°보다 크고 4.6°보다 작게 이루어지는 코팅장치.
12. 삭제

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