KR101353661B1 - 기판용 도포 장치 - Google Patents

Abstract

슬릿 노즐 코터로 도포함에 있어서, 도포 개시부 및 도포 종료부에 생기는 막두께 불균일 영역을 저감하는 것이 가능한 기판용 도포 장치를 제공한다.　기판용 도포 장치(10)는, 슬라이더 구동용 모터(4), 펌프(8), 토출 상태량 계측부(82), 및 제어부(5)를 적어도 구비한다. 슬라이더 구동용 모터(4)는, 기판(100)에 대해 슬릿 노즐(1)을 설정된 속도로 상대적으로 주사시킨다. 펌프(8)는, 슬릿 노즐(1)에 대한 도포액의 공급량을 제어한다. 토출 상태량 계측부(82)는, 슬릿 노즐(1)의 선단으로부터의 도포액의 토출 상태를 나타내는 상태량을 계측하도록 구성된다. 제어부(5)는, 펌프(8)에 공급한 제어 정보와, 토출 상태량 계측부(82)로부터 공급되는 계측 정보의 차분을 나타내는 차분 정보에 의거하여, 차분을 상쇄하도록 슬라이더 구동용 모터(4)에 공급하는 제어 정보를 보정한다.

Description

기판용 도포 장치{SUBSTRATE COATING APPARATUS}

본 발명은, 유리 기판 등의 판형상의 기판에 대해 노즐을 상대적으로 한 방향으로 주사시키고, 노즐으로부터 레지스트액 등의 도포액을 토출하여 기판의 도포면에 도포액을 도포하는 기판용 도포 장치에 관한 것이다.

유리 기판 등의 판형상의 기판의 표면에 도포액을 도포하는 경우, 슬릿형상의 노즐을, 기판의 표면과의 사이에 간극을 형성한 상태에서, 슬릿에 직교하는 소정의 주사 방향을 따라, 기판의 표면에 대해 상대적으로 주사시키는 기판용 도포 장치가 이용된다.

기판의 표면에 원하는 두께로 도포액을 균일하게 도포하기 위해서는, 노즐의 선단과 기판의 표면 사이에 있어서의 도포액의 비드 형상을 적정하게 할 필요가 있다. 또, 도포 개시부 및 도포 종료부에 생기는 막두께 불균일 영역의 크기를 가능한 한 저감하는 것이 중요하다.

예를 들면, 종래의 기판용 도포 장치 중에는, 도포 개시시의 비드 형성에 필요로 하는 토출량이나 기판의 대기 시간을 조절함으로써, 도포 개시부에 있어서의 막두께의 불균일 영역을 저감시키도록 구성된 것이 존재한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조.). 또, 이 기판용 도포 장치에서는, 통상보다 앞쪽 위치에서 펌프를 정지시키거나, 펌프로부터 노즐에 공급되는 도포액의 총 용적을 제어하거나 함으로써, 도포 종료시에 있어서의 막두께의 불균일 영역을 저감시키도록 하고 있다.

특허 문헌 1:일본국 특허 공개 2005－305426호 공보

그러나, 도포 개시부 및 도포 종료부에서 막두께가 불균일하게 되는 원인의 하나로서, 펌프에 대해 적용하는 제어 내용과, 실제 펌프의 동작 사이에 차분이 생기는 것을 들 수 있다. 이 때문에, 상술한 특허 문헌 1에 따른 기술과 같이, 펌프에 대해 적용하는 제어 내용을 고안했다고 해도, 그 제어 내용과 실제 펌프의 동작 사이에 차분이 생기는 한, 도포 개시부 및 도포 종료부에 있어서의 막두께의 불균일을 해소하는 것은 곤란하다고 할 수 있다.

또, 도포 개시부 및 도포 종료부에서 막두께가 불균일하게 되는 다른 원인으로서, 슬릿 노즐으로부터의 도포액의 공급(압력·유량)과 기판의 상대 이동의 밸런스가 바르게 잡혀지지 않는 것을 들 수 있다. 그리고, 슬릿 노즐으로부터의 도포액의 공급(압력·유량)과 기판의 상대 이동의 밸런스가 잡혀있지 않은 상태에서는, 예를 들면 감압 기구의 최적의 작동 타이밍을 결정하는 것이 곤란하게 되는 등, 다른 유닛의 제어에도 악영향을 줄 우려가 있었다.

이 발명의 목적은, 슬릿 노즐 코터로 도포함에 있어서, 도포 개시부 및 도포 종료부에 생기는 막두께 불균일 영역을 저감하는 것이 가능한 기판용 도포 장치를 제공하는 것이다.

이 발명에 따른 기판용 도포 장치는, 판형상의 기판에 대해 슬릿 노즐을 상대적으로 한 방향으로 주사시키고, 슬릿 노즐으로부터 도포액을 토출하여 기판의 도포면에 도포액을 도포하도록 구성된다. 이 기판용 도포 장치는, 주사부, 공급량 제어부, 토출 상태량 계측부, 및 제어부를 적어도 구비한다.

주사부는, 기판에 대해 슬릿 노즐을 설정된 속도로 상대적으로 주사시킨다. 공급량 제어부는, 슬릿 노즐에 대한 도포액의 공급량을 제어한다. 토출 상태량 계측부는, 슬릿 노즐의 선단으로부터의 도포액의 토출 상태를 나타내는 상태량을 계측하도록 구성된다.

제어부는, 토출 상태량 계측부로부터의 계측 정보에 의거하여 주사부 및 공급량 제어부를 제어하도록 구성된다. 제어부는, 공급량 제어부에 공급한 제어 정보와, 토출 상태량 계측부로부터 공급되는 계측 정보의 차분을 나타내는 차분 정보에 의거하여, 차분을 상쇄하도록 주사부에 공급하는 제어 정보를 보정한다.

이 발명에 의하면, 슬릿 노즐 코터로 도포함에 있어서, 도포 개시부 및 도포 종료부에 생기는 막두께 불균일 영역을 저감하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 이 발명의 실시형태에 따른 기판용 도포 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 기판용 도포 장치의 제어부의 처리 순서를 나타낸 플로우 차트이다.
도 3은 시간 경과에 따른 토출 속도 및 토출압의 변화 상황의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 가속 구간 및 감속 구간에서의 시간―압력 데이터의 정규화를 나타낸 도면이다.
도 5는 지령 궤도 생성 단계에 의해 얻어지는 궤도의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 조압(調壓) 챔버의 온/오프 제어의 기초가 되는 한계 속도를 설명하는 도면이다.
도 7은 본원 발명의 불균일 영역 저감에 관한 효과를 나타낸 도면이다.
도 8은 본원 발명의 도포 속도 향상에 관한 효과를 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 이 발명의 실시형태에 따른 기판용 도포 장치(10)는, 슬릿 노즐(1), 슬라이더(2), 모터 드라이버(3), 슬라이더 구동 모터(4), 모터 드라이버(6), 펌프(8), 토출 상태량 계측부(82), 조압 챔버(9), 밸브 드라이버(7), 및 제어부(5)를 구비하고 있다.

슬릿 노즐(1)은, 화살표 X방향으로 평행하게 연장되도록 저면에 설치된 슬릿으로부터 도포액을 토출한다. 슬라이더(2)는, 상면에서 판형상의 기판(100)을 지지하도록 구성된다. 슬라이더(2)는, 도포 처리시에, 모터 드라이버(3)로 구동되는 슬라이더 구동 모터(4)에 의해, 화살표 Y방향으로 이동하도록 구성된다.

펌프(8)는, 모터 드라이버(6)로 구동되는 모터(도시 생략)의 회전에 의해, 도시하지 않은 탱크 내의 도포액을 슬릿 노즐(1)에 설치된 챔버 내에 공급한다. 도포액은, 슬릿 노즐(1)에서 챔버에 충전된 후에 노즐에 공급된다. 슬릿 노즐(1)로부터의 도포액의 토출량은, 펌프(8)로부터의 도포액의 공급량에 의해 제어시킨다. 펌프(8)는, 도포액의 토출량을 엄밀하게 제어할 수 있는 플런저형 또는 시린지형의 정량 펌프이다.

토출 상태량 계측부(82)는, 슬릿 노즐(1)의 선단으로부터의 도포액의 토출 상태를 나타내는 상태량(예：토출 압력, 토출 유량)을 계측하도록 구성되어 있다. 슬릿 노즐(1)의 토출 상태를 계측할 때에는, 배관 경로 내 혹은 노즐 내부의 압력을 압력계로 계측하거나, 또는 배관 경로 내 혹은 노즐 내부의 유량을 유량계에 의해 검출하는 것이 바람직하다. 이 실시형태에서는, 토출 상태량 계측부(82)는, 도포액의 토출 압력을 계측 가능한 압력계 및 도포액의 토출 유량을 계측 가능한 유량계를 구비하도록 구성되어 있는데, 압력계 또는 유량계 중 어느 한쪽만에 의해 토출 상태량 계측부(82)를 구성하는 것은 가능하다.

조압 챔버(9)는, 슬릿 노즐(1)에 있어서의 화살표 Y방향의 반대측에, 슬릿 노즐(1)에 근접하도록 배치된다. 조압 챔버(9)는, 슬릿 노즐(1)과 기판(100)의 표면 사이의 기압을 제어하도록 구성된다. 조압 챔버(9)는, 가압 밸브 및 감압 밸브의 동작에 의해, 슬릿 노즐(1)과 기판(100)의 표면 사이의 기압을 조정한다.

제어부(5)는, 모터 드라이버(3), 모터 드라이버(6), 밸브 드라이버(7), 토출 상태량 계측부(82), 및 기억부(51)에 접속되어 있고, 이들의 동작을 통괄적으로 제어하도록 구성된다. 제어부(5)는, 토출 상태량 계측부(82)로부터 공급되는 데이터를 기억부(51)에 기억함과 더불어, 이 데이터를 연산함으로써 지령 궤도 데이터를 작성한다. 제어부(5)는, 작성한 지령 궤도 데이터에 의거하여 모터 드라이버(3), 모터 드라이버(6), 및 밸브 드라이버(7)를 제어한다. 그리고, 모터 드라이버(3)는, 지령 궤도 데이터에 따른 전력으로 슬라이더 구동 모터(4)를 구동하고, 모터 드라이버(6)는, 지령 궤도 데이터에 따른 전력으로 펌프(8)의 모터를 구동하고, 밸브 드라이버(7)는, 지령 궤도 데이터에 따라 조압 챔버(9)의 가압 밸브 또는 감압 밸브를 개폐한다.

도 2를 이용하여, 도막시에 있어서의 제어부(5)의 동작 순서의 일례를 설명한다. 도막시에는, 비드 형성 처리, 도막 형성 처리, 및 액체 제거 처리의 3개의 처리가 실행된다. 기판용 도포 장치(10)는, 조압 챔버(9)에 의해 슬릿 노즐(1) 선단 부근의 압력을 제어하고, 또한, 그 압력 제어와, 펌프(8) 및 슬라이더 구동 모터(4)의 제어를 동기시킴으로써 비드 형성 처리와 액체 제거 처리를 최적화하도록 구성되어 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.

우선, 제어부(5)는 지령 궤도 설정 단계를 실행한다(S1). S1의 단계에서, 제어부(5)는, 펌프(8)의 도포 동작 조건으로서, 최대 토출 속도 Vp, 가속 구간 Ta, 감속 구간 Td, 및 일정 토출 구간 Tp를 규정하고, 도 3(A)에 나타낸 바와 같은 펌프축(모터) 제어의 지령 궤도를 결정한다. 여기서, 일정 토출 구간 Tp는 S5의 슬라이더축의 지령 궤도 생성 단계의 결과에 의해 결정되는 것이기 때문에, 여기에서는 임시의 디폴트값을 일정 토출 구간 Tp로서 설정한다.

계속해서, 제어부(5)는, 토출압 변화 계측 단계로 이행한다(S2). 여기에서는, S1의 지령 궤도 설정 단계에서 구해진 지령 궤도를 실제로 사용해 실제로 펌프(8)를 동작시키고, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 그 때의 토출압 변화를 계측한다.

도 3에서, 화살표 Tw는, 약액 배관 경로의 저항에 기인하여 발생하는 낭비 시간을 나타내고 있다. 또, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 가속 구간 Ta´ 및 감속 구간 Td´에서 펌프 토출 기구에 기인하는 비선형 응답이 발생했다.

계속해서, 제어부(5)는, 가속 구간 Ta´및 감속 구간 Td´에서의 토출압의 노이즈 제거 및 정규화를 행한다(S3). S3의 단계에서는, 도 4(A) 및 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 일정 압력에 도달할 때까지의 가속 구간 Ta´ 및 감속 지령 개시부터 토출압이 제로에 이를 때까지의 감속 구간 Td´에서의 시간―압력 데이터를 추출하고, 노이즈 제거 및 정규화를 행한다.

여기서, 노이즈 제거 및 정규화에 대해서 간단하게 설명한다. 우선, S3의 단계에서의 「노이즈 제거」란, 측정한 토출압 변화 데이터에 포함되는 노이즈 성분을 없애기 위한 처리이다. 구체적으로 이 실시형태에서는, 샘플링 주기 1kHz로 압력 변화를 측정 후, 100Hz의 로패스 필터를 적용하여 측정 데이터의 노이즈 성분을 제거했다. 로패스 필터로는, 측정 데이터를 수치적으로 디지털 처리하는 방법이어도 되고, 또, 적절한 전기 회로를 측정 단자간에 접속하여 아날로그 처리하는 방법이어도 된다. 또, 얻어진 압력 변화 곡선을, 스플라인 보간 등을 사용하여 평활화하는 방법에 의해, 데이터 중에 포함되는 특이점이나 불연속인 변화를 제거해도 된다.

한편, 단계 S3에 있어서의 「정규화」에 대해서 설명하면, 측정된 토출압데이터의 「절대값」은, 사용하는 토출 펌프의 성능이나, 도포액의 물성에 의해 변화하는 경우가 있다. 그러나, S4 단계 이후의 지령 궤도 생성에 있어서, 이 「절대값」은 중요한 정보는 아니고, 토출압의(토출 개시부터 일정 토출 속도에 이를 때까지의) 「시간 변화」의 정보만이 얻어지면 충분하다. 따라서, S4 단계 이후의 계산 처리에 있어서 토출압의 절대값 정보를 무시하게 해 순서를 범용화시키기 위해서, 토출압 변화의 데이터를 미리 0에서 1까지의 수치 범위에 들어가도록 단위 변환해 두는 것이 바람직하고, 이 실시형태에서는 이 수법을 채용하고 있다(도 4(A) 및 도 4(B)의 그래프의 종축의 스케일을 참조.).

계속해서, 제어부(5)는, 슬라이더축의 지령 궤도 생성 단계로 이행한다(S4). S4 단계에서는, 제어부(5)는, 도 5(A)에 나타낸 바와 같이, 최고 이동 속도 Vs를 규정하고, 정규화 곡선을 슬라이더축의 가속 부분 및 감속 부분에 적용하고, 소정의 도포 길이가 되도록 정속 이동 구간을 조정한다. 또한, 도 5(B)에 나타낸 바와 같이, 제어부(5)는, 슬라이더축의 지령 궤도에 동기하도록, 펌프축의 일정 토출 구간 Tp를 결정한다.

일반적으로, 펌프(8)보다 슬라이더(2)(기판의 상대 이동 기구)가 제어 응답성이 높기 때문에, 구동축의 보정은 슬라이더(2)를 이동시키는 슬라이더 구동 모터(4)에 대해서 행하는 것이 바람직하다.

계속해서, 제어부(5)는, 조압 챔버(9)의 감압 밸브의 온/오프 전환 제어 단계로 이행한다(S5). S5의 단계에서는, 제어부(5)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 슬라이더축의 지령 궤도 생성 단계에서 얻어진 슬라이더 속도 지령 궤도에서, 지령 속도(즉, 보정 후의 슬라이더(2)의 조작 속도 Vs)가 차식으로 주어지는 「한계 속도 Vm」 이상이 되는 구간을 구하고, 이 구간의 개시 시각 Ts 및 종료 시각 Te에 감압 밸브의 온/오프 전환 제어를 행한다.

[수학식 1]

위의 식에서, σ는 표면 장력, μ은 도포액의 점도, h는 목표 웨트 막두께, H는 슬릿 노즐(1)과 기판(100)의 간격이다.

또한, 상기한 한계 속도의 산출식은, 일반적으로 「Higgins의 도포 한계식」으로 알려져 있는 것이며, 슬릿 노즐을 사용한 도포 방식에 있어서, 「이상적인 비드를 형성한 상태에서, 소정의 막두께를 얻기 위한 도포가 실현 가능한 조건」을 규정하기 위해서 이용되는 것이다(예를 들면, B.G.Higgins et al., Chem. Eng. Sci., 35, 673―682(1980) 참조.).

감압 기구의 적용은, 상술한 한계 속도에 의거하여 적절하게 조압 챔버(9)의 감압 밸브의 온/오프 전환 제어를 행하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 슬라이더의 속도가 충분히 늦어서 한계 속도를 밑도는 조건으로 감압 기구를 작동시키면, 비드 형성에 악영향을 끼칠 가능성이 있기 때문이다.

그 후, 제어부(5)는, S4의 단계에서 결정한 각 축의 지령 궤도의 내용과, S5의 단계에서 결정한 감압 밸브의 온/오프 전환 제어의 내용을 참조하면서, 모터 드라이버(3), 모터 드라이버(6), 및 밸브 드라이버(7)를 제어하면서 기판(100)에 대한 도포 처리를 실행한다(S6).

상술한 S1∼S6의 단계에서는, 도포 압력 또는 도포 유량의 시간 변화를 계측 함으로써, 토출 펌프의 구동에 이용하는 모터로의 지령 출력 신호와, 슬릿 노즐(1) 선단으로부터 도포액 토출 변화의 차분 정보를 정확하게 파악하는 것이 가능하게 된다(S2의 단계). 그리고, 이 차분 정보를 상쇄하도록 구동축의 지령을 보정함으로써, 도포 개시시 및 도포 종료시의 막두께 불균일 영역을 큰 폭으로 저감하는 것이 가능하게 된다(S4의 단계).

또, 종래에는, 토출 펌프가 가지는 비선형성, 즉 구동 모터로의 지령에 대해 토출 기구가 리니어에 응답하지 않는 특성에 의해, 도포 이론에 의거하는 안정 도포 조건(비드 형성의 가부 등)을 규명하는 것이 곤란했는데 , 본 발명의 구성을 적용함으로써 토출 상황을 모터 지령 신호로부터 정확하게 파악하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 도포 이론상의 한계 조건(슬라이더(2)의 이동 속도가 역치 이상이 되는 조건)을 정확하게 검출하고, 적절한 타이밍에 감압 기구를 작동시킴으로써 고속 도포가 가능하게 된다.

또한, 상술한 단계 S1∼S6에 추가하여, 도포 개시부 및 도포 종료부에서의 막두께 균일성을 분석하는 것이 바람직하다. 만약, 도포 개시부 및 도포 종료부에서의 막두께 균일성이 충분히 양호하지 않은 경우에는, 상술한 단계 S1∼S6를 반복하여 실행함으로써 제어 조건을 최적화하면 된다.

상술한 단계 S1∼S6에 의해 비드 형성 및 액체 제거를 최적화하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 도 7(A)에 나타낸 종래의 도막의 불균일 영역의 길이(L1)와 비교하면, 도 7(B)에 나타낸 본 실시형태에 따른 도막의 불균일 영역의 길이(L2)가 현저하게 감소된 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 종래의 도막의 불균일 영역의 길이(L1)가 약 30mm인데 대해, 본 실시형태에 따른 도막의 불균일 영역의 길이(L2)는 5mm까지 감소되어 있어, 도포 개시부 및 도포 종료부에서의 막두께 불균일 영역이 약 6분의 1로 저감되어 있다.

또, 도 8에 나타낸 바와 같이, 기판용 도포 장치(10)는, 종래보다도 고속으로 도포를 행하는 것이 가능하게 된다. 종래 기술에서는, 도포 속도(Vs)가 200mm/sec에 달하는 부근에서 일부 막 절단이 발생하고, 도포 속도(Vs)가 250mm/sec가 되면 적정하게 도포를 행하는 것이 불가능했는데, 기판용 도포 장치(10)에서는, 도포 속도가 250mm/sec이더라도 양호하게 도포를 행하는 것이 가능하다.

또한, 최적의 액체 제거 처리에 의해, 노즐 선단의 액 유지 상태를 좋게 할 수 있다. 이에 따라, 차기 비드 형성시에 안정된 비드를 가져올 수 있다. 그리고, 간헐 도포(패턴 도포)를 행하는 경우에도, 도포 공정의 사이에 필요하게 되어 있던 예비 도포 처리(프라임)를 생략하는 것이 가능하게 된다. 또, 액체 제거 처리를 최적으로 함으로써 연속해서 안정된 비드를 형성할 수 있다.

상술한 실시형태의 설명은, 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는, 상술한 실시형태는 아니고, 특허 청구범위에 의해 나타난다. 또한, 본 발명의 범위에는, 특허 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1:슬릿 노즐
2:슬라이더
3:모터 드라이버
4:슬라이더 구동 모터
5:제어부
6:모터 드라이버
7:밸브 드라이버
8:펌프
9:조압 챔버
10:기판용 도포 장치
82:토출 상태량 계측부
100:기판

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 판형상의 기판에 대해 슬릿 노즐을 상대적으로 한 방향으로 주사시키고, 상기 슬릿 노즐으로부터 도포액을 토출하여 상기 기판의 도포면에 도포액을 도포하도록 구성된 기판용 도포 장치로서,
   상기 기판에 대해 상기 슬릿 노즐을 설정된 속도로 상대적으로 주사시키는 주사부와,
   상기 슬릿 노즐에 대한 도포액의 공급량을 제어하는 공급량 제어부와,
   슬릿 노즐의 선단으로부터의 도포액의 토출 상태를 나타내는 상태량을 계측 하도록 구성된 토출 상태량 계측부와,
   상기 토출 상태량 계측부로부터의 계측 정보에 의거하여 상기 주사부 및 공급량 제어부를 제어하도록 구성된 제어부와,
   상기 슬릿 노즐과 상기 기판 사이의 압력을 감쇄시킴으로써 도포 비드 형상을 변화시키도록 구성된 감압부를 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 공급량 제어부에 공급한 제어 정보와, 상기 토출 상태량 계측부로부터 공급되는 계측 정보의 차분을 나타내는 차분 정보에 의거하여, 상기 차분을 상쇄하도록 상기 주사부에 공급하는 제어 정보를 보정하고,
   상기 제어부는, 상기 보정 후의 주사부의 주사 속도에 의거하여 상기 감압부의 동작을 제어하는, 기판용 도포 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 보정 후의 주사부의 주사 속도 Vs가, 표면 장력을 σ, 도포액의 점도를 μ, 목표 웨트 막두께를 h, 상기 슬릿 노즐과 상기 기판의 간격을 H로 했을 때에, 이하의 식으로 표시되는 한계 속도 Vm 이상이 될 때 상기 감압부를 작동시키면서 도포를 실행하는, 기판용 도포 장치.
   [수학식 2]
   

   

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